硫化铋及其复合物的制备与光催化性能研究

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自人类开始大规模使用化石燃料以来,就面临着两大挑战:能源短缺与环境污染。光催化剂在太阳光的照射下能将水裂解为氢气和氧气,能将二氧化碳还原为燃料,燃料和氢气能缓解能源问题;光催化剂也能利用太阳光氧化有机染料,缓解环境污染问题。所以,光催化剂作为一种有效利用太阳光的重要媒介,得到广泛关注。迄今为止,人们已经对光催化剂Bi2S3进行了深入的研究与探索。然而,Bi2S3自身的固有缺陷,严重地限制了它在光催化领域中的应用。本文通过调节Bi2S3形貌、将Bi2S3与其他半导体构建异质结两种方式,改善Bi2S3的光催化性能,并对所制得的样品进行表征和性能测试。本文具体的工作内容如下:  1.以五水硝酸铋和硫脲作为原料,N-N二甲基甲酰胺作为溶剂,通过水热法制备海胆状的Bi2S3。这种方法没有使用到表面活性剂和模板,所得产物有着较大的比表面积。一系列的表征和测试结果证明海胆状Bi2S3具有优异的光学性质和光催化性能,在氙灯照射下,Bi2S3在30min内对Cr(Ⅵ)的降解率达到100%,远远高于商业二氧化碳(P25)的光催化活性。在进行多次重复光催化降解试验后,Bi2S3的晶体结构和表面形貌没有发生明显的变化,这证明海胆状Bi2S3具有良好的稳定性和可重复性。  2.在低温水热条件下,利用一锅法成功制备出了Bi2S3/Bi2O3异质结。在调节硫脲的用量时,发现当铋源与硫源的摩尔比例为1∶3时,Bi2S3/Bi2O3复合物的光催化性能最为优异。与单相的Bi2S3和Bi2O3相比,Bi2S3/Bi2O3异质结在光催化降解RhB和Cr(Ⅵ)时都具有更好的效率。原因是异质结能够有效地抑制光生电荷载流子的复合,从而提高材料的光催化活性。  3.首先利用十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂,以五水硝酸铋和偏钒酸铵作为原料,合成二维片状的BiVO4。接着,以BiVO4作为模板,以硫代乙酰胺作为硫源,制备BiVO4/Bi2S3异质结。在氙灯照射下,BiVO4/Bi2S3异质结降解RhB的动力学常数是单相BiVO4和单相Bi2S3的3.8倍和21.1倍。而且制备的异质结具有更好的光学性质,光响应范围也得到了拓宽。
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