钨酸铋光催化材料的制备及光催化性能研究

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随着自然资源的过度开发利用和环境污染的加重,人类的生活环境受到了严重的破坏,光催化技术作为一种高级氧化过程技术已经成为有效解决这两类问题的主要手段,在环境污染治理和新能源获取方面已取得了显著的进步。TiO2作为最重要的一种光催化剂因其具有无毒、强氧化性、高稳定性、价格低廉及高光催化活性等优点已被广为研究。然而,TiO2的禁带宽度较大(约3.2 eV),仅能在紫外光范围被激发响应,而紫外光仅占太阳光总能量一小部分(<5%)。另外,由于具有较高的光生电子-空穴复合速率,致使TiO2的量子效率也较低(<1%)。为了避免上述缺陷,人们致力于开发新型高效可见光响应型光催化剂。目前解决此类问题的工作主要集中在两个方面:第一是采用不同方法对TiO2进行修饰改性,如复合带隙较窄的半导体、金属或非金属离子掺杂、表面光敏化等;第二是开发新型半导体光催化材料。  Bi2WO6因其具有独特的晶体结构和适中的带隙而被视为最有开发潜力的可见光光催化材料之一。本文主要对 Bi2WO6纳米材料的制备及其光催化性能的评估与分析展开了研究,其主要内容包括以下几个方面:  (1)以Bi(NO)3·5H2O、Na2WO4·2H2O为原料,采用水热合成法成功制备出纳米片组成的球形 Bi2WO6,并采用 X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见漫反射光谱( DRS)技术对其进行分析表征,研究了水热温度和反应时间对催化剂合成的影响。分析结果表明,180℃水热7 h为制备具有较好晶形Bi2WO6粉末的最佳工艺条件。通过在紫外及可见光(λ>420 nm)照射下,降解罗丹明B( RhB、5 mg/L)溶液来评估其光催化性能,并且考察了催化剂投加量、R hB的初始浓度、光源对罗丹明B降解率的影响。结果表明,催化剂的投加量为2g/L时,以紫外光为光源,照射120 min对RhB的降解率可达到99.8%。  (2)采用水热合成法成功制备出系列Ag掺杂Bi2WO6复合光催化剂,并且研究了不同掺杂浓度对催化剂结构、形貌和光催化性能的影响。由XRD测试分析可知, Ag离子的掺杂没有改变Bi2WO6的物相结构,掺杂样品在28.40°、33.06°处的衍射峰向高角度方向均有不同程度的偏移。与纯Bi2WO6相比,掺杂Ag的Bi2WO6结晶度较高且纳米片的排列也较紧密。通过在可见光(λ>420 nm)照射下,降解罗丹明B(10 mg/L)溶液来考察其光催化性能,结果表明,与纯Bi2WO6相比,所有掺杂样品的光催化性能都有所增强,其中10%掺杂Bi2WO6样品的催化性能最好,可见光照180 min后,对罗丹明B的降解率可达到95.8%,降解率提高近42%。
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