非常规技术合成铋系可见光催化剂及其性能研究

来源 :上海师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rockegg2009
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半导体光催化剂由于能将光能转化为人类能够利用的其它能源而被广泛的应用于解决能源和环境方面的问题。其中Ti02由于其无毒无害、稳定性好、催化活性高等优点而备受关注,但其较宽的禁带宽度遏制了对太阳光的利用率,并且量子效率低。为了更好地开发可利用太阳光的光催化剂以解决实际问题,相对于其他针对Ti02改性的途径,本论文旨在开发具有可控能带结构以及可见光响应的非Ti02光催化剂,以解决对可见光利用率低等问题。铋系光催化剂由于其Bi6s和02p轨道的杂化提高了价带的位置,从而减小了禁带宽度,使得可见光即可激发从而应用于光催化领域。但是由于传统的高温制备方法使得铋系催化剂的比表面积较小,稳定性较差,从而影响了光催化活性和使用寿命。针对这一瓶颈问题,本论文采用新型非常规合成方法制备了具有特殊形貌结构的铋系可见光催化剂,获得了结构可控、比表面积较大的多种铋系可见光催化剂,并结合结构表征研究其构效关系,为拓展光催化的研究领域提供了理论依据。本论文主要开展了以下工作:1、双醇体系下醇热法制备花状BiOBr可见光催化剂并应用于有机污染物的降解双醇体系中以CTAB为模板和溴源采用溶剂热法合成了花状结构BiOBr可见光催化剂,大大提高了对光的吸收,从而提高了光催化活性和速率。通过对乙二醇和异丙醇比例的调变得到了可控的结构形貌。通过改变反应物的种类、浓度以及反应条件等提出BiOBr的生长机理。CTAB能够控制BiOBr生长成片,然后自组装形成花球,乙二醇和异丙醇浓度的不同使得花球出现稀松和密集的不同。通过系统表征和对降解罗丹明B(RhB)的活性评价,证明当溶液中乙二醇与异丙醇的量为5:35、Bi/Br比为2:1、醇热时间为12h时样品的催化性能最好,可归因于其高结晶度、较大的比表面积和由于多次反射产生的较强可见光吸收等。同时该方法制备的BiOBr催化剂显示出优于其他催化剂的催化活性。2、基于BiOBr的可见光催化与催化过氧化协同催化降解有机污染物采用可见光/BiOBr/H2O2体系,研究了光催化与过氧化的协同作用机制。通过对有机染料RhB溶液的降解,证明了光催化与过氧化的共同作用可大大加快降解速率。又通过对降解机理的考察验证,考察了活性物种的种类,初步得出反应历程。3、喷雾干燥法制备BiVO4和BiFeO3可见光催化剂以多元醇为结构导向剂采用喷雾干燥法合成了BiVO4和BiFeO3可见光催化剂。通过改变醇类羟基的个数制备了不同形貌的BiVO4微米球,主要归因于溶液中Bi3+与羟基的络合能力不同。而调变溶液中甘油的浓度,可以得到不同壳层厚度的BiFeO3空心微米球,主要归因于反应中Fe3+和Bi3+与甘油络合形成双金属络合物的浓度不同。通过对染料溶液RhB和4-CP的降解实验,证明了特殊形貌的BiVO4和BiFeO3加强对可见光的吸收,有利于有机污染物的降解。
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