几种金属氧化物基复合光催化剂的制备及其可见光催化性能研究

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氧化钨(WO3)是一种传统的金属氧化物,具有氧化性强、无二次污染、能耗低、易制备和可重复利用等优点,在光催化降解有机污染物领域拥有广阔的应用前景。然而,由于WO3存在光生电子-空穴对复合率高、光催化反应中量子效率低等缺陷严重制约了其实际应用。钙钛矿型结构金属氧化物由于其独特的层状结构、化学性质稳定和制备成本低等优点,在光催化制氢和降解有机污染物领域受到广泛的关注,但该类材料只能响应紫外光,太阳能的利用率较低。为了弥补上述金属氧化物材料的不足,研发新型、稳定、高效的可见光相应的光催化材料,本论文以金属氧化物为主体,负载不同的载体,得到增强可见光响应的复合光催化材料。通过多种表征手段分析了所制备催化剂的微观结构、光电性质和光催化性能,并进一步探讨了其光催化机理。具体研究内容如下:1.通过简单的沉淀法成功制备了系列AgI/WO3无媒介直接Z型纳米异质结复合光催化剂,对所制备AgI/WO3样品进行了XRD、XPS和TEM等表征,结果表明,所制备的AgI/WO3无媒介直接Z型异质结提高了光生电荷的分离效率。可见光条件下降解盐酸四环素(TC)的结果显示,20%AgI/WO3的降解效率在60 min内达到75%,且稳定性较高。对光催化机理的探讨发现,AgI/WO3在光降解过程中产生的h+和·O2-是反应中的活性物质。2.通过简单的水热法将剥片得到的K+CNb3O10-与g-C3N4纳米片复合,成功制备了2D-2D g-C3N4/K+CNb3O10-纳米异质结复合光催化剂。通过XRD、FT-IR、XPS、BET和TEM等表征对所制备的样品进行了分析,结果表明,K+CNb3O10-与g-C3N4之间存在较强的界面作用。光催化实验结果表明,g-C3N4纳米片的引入,有效地增强了g-C3N4/K+CNb3O10-的可见光响应能力。20%g-C3N4/K+CNb3O10-样品在90 min内降解TC的效率达81%,且经4次循环使用后依然保持较高的活性。通过对光催化降解TC的中间产物的分析,探究了g-C3N4/K+CNb3O10-光降解TC的过程。光催化机理研究显示,g-C3N4/K+CNb3O10-纳米异质结复合光催化剂降解TC的过程中产生的·O2-和h+对反应起主要作用。3.通过水热法将K+CNb3O10-与石墨烯(GO)复合制备GO/K+CNb3O10-复合光催化剂,并对其进行了XRD、Raman、XPS、AFM和TEM等表征,结果表明,GO与K+CNb3O10-成功复合并形成较强的协同作用。光降解实验、PL分析和光电测试的结果表明,GO与K+CNb3O10-的成功复合,有效增强了该催化剂的可见光响应能力。在光催化降解TC实验中,2%GO/KCNO的光降解效率展现出较高的光催化性能,其150 min内其降解TC效率可达81.6%。光催化机理的探讨中发现,GO的敏化作用拓展了复合光催化剂的光响应范围;该复合光催化剂在降解TC的过程中产生的唯一活性物质是·O2-
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