【摘 要】
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人类社会在不断发展的同时,能源危机和环境污染问题也日益严重。半导体材料的光催化及压电催化技术在解决这些问题的过程中正发挥着越来越重要的作用。本论文主要研究了两种
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人类社会在不断发展的同时,能源危机和环境污染问题也日益严重。半导体材料的光催化及压电催化技术在解决这些问题的过程中正发挥着越来越重要的作用。本论文主要研究了两种半导体催化剂,分别为一种铋的碱式盐[Bi6O6(OH)3](NO3)3·1.5H2O和钛酸铋(Bi4Ti3O12)。两种材料由于固有性质的原因,光催化性能均较差。本文分别采用不同的改性方法有效提升了它们在可见光下的催化活性。同时也通过改性进一步发掘了Bi4Ti3O12作为铁电材料在压电催化领域的潜力。主要的研究成果如下:(1)以葡萄糖作为碳源,采用水热法制备了碳掺杂的[Bi6O6(OH)3](NO3)3·1.5H2O,然后用Na BH4原位还原出Bi纳米颗粒。碳掺杂引入的杂质能级缩减了碱式盐的带隙,Bi纳米颗粒的等离激元共振效应(SPR)有效增强对可见光的吸收。两者的协同作用显著增强了复合光催化剂的催化活性。其在可见光下降解罗丹明B(Rh B)的速率分别达到了碳掺杂碱式盐和原始碱式盐的1.89倍和10.41倍。(2)采用水热法制备了镧掺杂的钛酸铋纳米片(Bi3.25La0.75Ti3O12),然后通过简便经济的真空热处理方式向其引入大量的表面氧空位。通过调节真空活化的温度和时间可以控制纳米片表面氧空位的比例,进而影响其在可见光下的催化活性。在温度为330℃下活化处理3h的样品具有最佳催化活性,在可见光下对六价铬Cr(VI)或甲基橙(MO)的降解效率均得到明显提升。而且两污染物之间存在的协同催化作用使得同步光催化降解Cr(VI)和MO的效率要高于单一组分的降解。(3)采用熔盐法制备了镧掺杂的钛酸铋纳米片。且随着镧掺杂量的提高,纳米片的厚度不断降低,其在暗场超声下压电催化降解Rh B的速率呈现出先增后减的规律。样品Bi2.5La1.5Ti3O12表现出最佳催化活性,60分钟超声处理下,将Rh B基本降解完全,其速率是原始钛酸铋的6.63倍。镧掺杂提高了钛酸铋的极化电场强度,在超声作用下,自由电荷有效分离,并与H2O和染料分子发生氧化还原反应,因而提升了催化活性。
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