论文部分内容阅读
光催化技术具有绿色环保、能耗低、易操作等优点,成为治理环境污染的有效手段之一。在种类繁多的光催化剂中,卤氧化铋BiOX(X=Cl、Br、I)材料因结构独特和光催化性能良好而备受关注,但较高的光生电子和空穴复合率仍制约着其进一步应用。本文以卤氧化铋BiOX(X=Cl、Br、I)为基底材料,利用具有快速转移电子能力的共轭碳材料对其进行表面修饰,增强其光生电子和空穴的分离效应原理,设计制备了几种新型共轭碳材料/BiOX(X=Cl、Br、I)复合光催化剂,利用多种测试手段对其晶相结构、微观形貌、光学性质等进行表征和分析,并利用表面光电压(SPS)技术、电子自旋共振技术(ESR)等研究其光生电荷的分离、转移行为,并基于实验和表征结果提出了的光生电荷分离、转移规律和光催化性能增强机制。具体研究工作如下:(1)采用水热法、微波法、回流法及物理混合法成功制备了新型C60/BiOX(X=Cl、Br)复合催化剂。以RhB为模拟污染物,考察了所制备光催化剂的活性,结果表明水热法制备的C60/BiOX(X=Cl、Br)复合催化剂光性能最佳。通过实验与理论分析,研究并提出其光催化作用机理。研究结果表明纯BiOX(X=Cl、Br)为片状结构,而C60/BiOX(X=Cl、Br)为微球结构,C60具有诱导形貌改变的硬模板剂作用;C60与BiOX(X=Cl、Br)之间存在电子转移且可能发生了化学相互作用;自由基捕获实验结果揭示在C60/BiOX(X=Cl、Br)光降解RhB和苯酚体系中,·O2-和h+起主要进攻作用;光催化实验结果表明C60/BiOX(X=Cl、Br)对RhB和苯酚都具有优异的光催化性能以及循环稳定性,主要因为C60能够快速转移光生电子,增强光生电子和空穴的分离效率。(2)采用水热法原位构筑了具有三维结构的C70/BiOX(X=Cl、Br)光催化材料。C70同样改变了 BiOX(X=Cl、Br)的形貌,增强了 BiOX(X=Cl、Br)对光的吸收强度,拓宽了其吸光范围,这有利于光催化性能的提升;光生电子和空穴的有效分离是C70/BiOX(X=Cl、Br)光催化活性显著提高的主要原因。(3)利用溶剂法成功制备了 3DMWCNT/BiOCl复合催化剂。以苯酚为目标降解污染物,考察了所制备复合光催化剂的光催化性能,3D MWCNT/BiOCl具有明显优于BiOCl的光催化活性,当3D MWCNT/BiOCl质量比为3%时,其光催化性能最佳。MWCNT的存在提高了光生电子和空穴的分离效率,延长光生载流子的寿命。优化了 3D 3%MWCNT/BiOCl(3MWCNT)的形貌,探讨了微球结构的形成过程以及乙二醇在微球形成过程中的作用。结果表明,乙二醇在反应过程中,同时肩负着溶剂和模板剂的作用,当溶剂热反应温度为180℃,反应时间为12 h时,3D 3MWCNT显示出最为规整的微球形貌以及最高的光催化活性。(4)以冰醋酸为溶剂,利用水热法原位制备了 BiOCl1-xIx催化剂及1%C60/BiOCl0.8I0.2三元复合催化剂,采用XRD、SEM、BET、SPS和UV-Vis DRS等手段对BiOCl1-xIx及1%C60/BiOCl0.8I0.2进行了表征和分析。研究表明所制备的BiOCl1-xIx为固溶体,而非BiOCl与BiOI的简单混合。500 W氙灯照射12 h后,当n(Cl)/n(I+Cl)=0.8时,BiOCl0.8I0.2固溶体展现出最佳的光催化降解苯酚活性,降解率达到80%。利用C60对BiOCl0.8I0.2进行修饰后,进一步增强了 BiOCl0.8I0.2的光催化性能和稳定性。所制备的1%C60/BiOCl0.8I0.2三元光催化剂对苯酚的降解速率常数分别是纯BiOCl0.8I0.2(0.1243 h-1)的2.1倍。