微球结构BiOX(X=Br,I)的改性及其光催化性能研究

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基于半导体的光催化技术由于其在环境治理和太阳能转化方面广阔的应用前景,引起了各界的极大关注。作为一类重要的V-VI-VII族三元氧化物半导体光催化剂,卤化氧铋(BiOX:X=Cl,Br和I)由于其新颖的结构和优秀的光催化表现,已经引起了研究者们的极大关注。BiOX的层状四方晶体结构是由[Bi2O2]2+层和双卤素原子层交错排列构成的。这种结构使得在垂直于各层间存在较强的内部静电场,能够有效提高光诱导电子空穴对的分离速率。在BiOX光催化剂中,BiOI和BiOBr由于禁带宽度较小,在可见光区域有比较好的吸收。但是,纯BiOI和BiOBr的光催化活性仍然受量子产率低和载荷子寿命短的限制。本论文以BiOI和BiOBr半导体光催化剂为研究重点,通过采用贵金属Ag沉积和石墨型BN耦合等方式对BiOI和BiOBr进行改性处理,提高其可见光收集能力和光生电子空穴对的分离效率,以获得更为高效的可见光驱动复合光催化剂。主要内容如下:  1.使用天然树叶制备而来的碳量子点作为还原剂,通过简单的还原法制备得到Ag负载的微球结构BiOI复合光催化剂。利用XRD、SEM、TEM、FTIR、UV-vis DRS和PL等方法对Ag@BiOI复合光催化剂的结构、形貌、光吸收和光电化学性质进行表征。在可见光照射下使用RhB作为目标污染物,研究Ag@BiOI复合光催化剂的光催化性能。研究显示当Ag颗粒负载量为15%时,复合物的光催化活性达到最高。大约95%的RhB(10 mg·L-1)在可见光照射100分钟后可以被15%Ag@BiOI复合光催化剂(0.1 g·L-1)降解。光催化活性的增强主要归因于BiOI微球和Ag纳米颗粒之间的协同作用,包括光学性质、独特的结构、均匀的分散、良好的电荷分离以及SPR效应。  2.通过简单的一步溶剂热法制备出不同BN含量的BN/BiOBr复合光催化剂。利用XRD、SEM、TEM、FTIR、UV-vis DRS和PL等方法对BN/BiOBr复合光催化剂的结构、形貌、光吸收和光电化学性质进行表征。在可见光照射下使用RhB作为目标污染物,研究BN/BiOBr复合光催化剂的光催化性能。研究显示当BN含量为1.5 wt%时,复合物的光催化活性达到最高。大约98%的RhB(10 mg·L-1)在可见光照射100分钟后可以被1.5 wt%BN/BiOBr复合光催化剂(0.2 g·L-1)降解。光催化活性的增强主要归因于可见光吸收能力的提高和引入石墨型BN之后光生电子空穴对分离效率的提高。自由基捕获实验证明空穴和超氧自由基是光催化反应过程中的主要活性物种,而羟基自由基的影响可以忽略。  3.通过简单的一步溶剂热法制备得到新型石墨型BN修饰的分层微球结构BiOI光催化剂。利用XRD、SEM、TEM、FTIR、XPS、N2物理吸附、UV-vis DRS、PL和光电流等方法对BN/BiOI复合光催化剂的结构、形貌、表面化学组成、光吸收和光电化学性质进行表征。在可见光照射下使用RhB、MB和4-CP作为目标污染物,研究BN/BiOI复合光催化剂的光催化性能。研究显示在降解RhB、MB和4-CP过程中,BN/BiOI复合光催化剂的光催化活性相比纯BiOI和P25 TiO2显著提高。当BN含量为0.5 wt%时,复合物的光催化活性达到最高。大约93%的RhB(10 mg·L-1)在可见光照射100分钟后可以被0.5 wt%BN/BiOI复合光催化剂(0.1g·L-1)降解。光降解效果的增强主要归因于复合光催化剂光吸收范围的延长、比表面积的增大和光生电子空穴对分离效率的提高。
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