BiOBr光催化剂的制备、改性及其光催化降解异丙醇性能研究

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人类生产生活产生的挥发性气体有机污染物(VOCs)威胁着人类的健康。光催化技术可以深度处理挥发性气体有机污染物,在温和条件下将其降解成为无害的CO2和H2O,在空气净化方面具有极大的潜力。传统TiO2光催化剂在空气净化领域存在太阳能利用率低,量子效率低,矿化率较低等缺陷,制约着其应用范围。在新型光催化材料中,BiOX(X=Cl,Br,I)具有特殊的电子结构、高度各向异性的层状结构、优异的光吸收能力以及高化学稳定性,因而成为研究的热点。本文以BiOBr为研究对象,在温和条件下以氨基酸辅助制备并改性BiOBr,提高其光催化降解异丙醇的能力,分析降解机理,拓展应用范围,取得原创性成果归纳如下:(1)采用室温沉淀法,以4种氨基酸(脯氨酸、甘氨酸、精氨酸、谷氨酸)为表面活性剂辅助制备BiOBr纳米片。PL表征表明,氨基酸辅助制备的BiOBr的光生电子和空穴分离效率显著提升。模拟太阳光下降解异丙醇的测试表明,不同种类氨基酸辅助制备的BiOBr之间光催化性能有一定差异,结合氨基酸结构,分析不同氨基酸在合成BiOBr过程中所起的作用,可以发现自由氨基和羧基的数量对于合成BiOBr的活性有重要影响,确定出最优的氨基酸为精氨酸和谷氨酸。(2)在上一个研究的基础上,锁定精氨酸为表面活性剂,采用室温沉淀法,改变精氨酸的用量,改性BiOBr,合成Bi24O31Br10。分析精氨酸用量变化引起所合成晶体类型从BiOBr向Bi24O31Br10转变的原因。利用多种表征手段如XRD、SEM、DRS、PL、BET、XPS等对BiOBr和Bi24O31Br10两种类型的催化剂进行表征分析,将其应用于模拟太阳光下降解异丙醇研究。研究表明,Bi24O31Br10在矿化IPA方面具有更高的效率,对于空气净化具有更大的潜能。通过捕获剂实验,分析在BiOBr和Bi24O31Br10两种催化剂表面异丙醇降解的机理。
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