GQDs/Bi2O3复合材料在可见光下催化降解有机染料

摘要

随着社会经济的不断发展，人类对自然环境的破坏也越来越严重，其中有机染料是造成水体污染的重要因素。近年来，利用光催化技术来催化降解水中有机污染物成为水污染治理领域的重要手段。纳米氧化铋作为一种新型半导体材料，由于具有适合的禁带宽度(2.8 eV)，理论上对太阳光谱中的可见光部分有响应，并且具有优良的化学热稳定性，近年来在光催化领域受到了越来越多的关注。但由于三氧化二铋带边接近紫外区域使得它对可见光的响应受到限制。石墨烯量子点是破碎的石墨烯片，为准零维的纳米材料，其带隙宽度在一定范围可通过控制石墨烯量子点的大小来调整，因而研究过程中可通过降低石墨烯量子点的粒径将其带隙调到最低，利于可见光的激发。
　　本研究采用水热方法制备了GODs/Bi2O3复合光催化剂，拟通过GQDs修饰Bi2O3纳米粒子，实现电子从能量较高的GQDs导带到能量较低的Bi2O3导带的迁移，有效降低电子-空穴对的复合率，提高GQDs/Bi2O3复合物的光催化活性。以自制氧化石墨烯为原料，通过物理化学作用进行热解和机械剥离，采用自上而下法成功制备了石墨烯量子点。通过SEM、HRTEM、XPS、Raman、XRD、UV-vis和 FTIR等表征手段对所制备的 GQDs的形貌、晶格特征等进行了表征，确定制备的GQDs在紫外光下发蓝色荧光，为粒径~10 nm且分散均匀的六边形纳米粒子，晶格间距为0.227nm，主要由C=C构成，同时，显著的G峰和较弱的 D峰表明所制备的石墨烯量子点缺陷较少。采用水热法制备了Bi2O3纳米粒子，通过SEM、HRTEM对所制备的产物进行表征，得到Bi2O3粒子的粒径~100 nm，晶格间距为0.317 nm。接着再用水热法将GQDs负载到Bi2O3上，通过 TEM和HRTEM验证了GQDs成功沉积到Bi2O3表面上。可见光下光催化降解罗丹明B(RhB)实验表明，所制备的复合光催化剂具有比Bi2O3更优的可见光催化活性，而GQDs含量对GQDs/Bi2O3复合材料的光催化性能有明显的影响，其最优负载量为10％。使用该复合材料，在可见光下催化降解初始浓度为10mg/mL的RhB溶液，90min降解率能达到93%。

目录

1 绪 论

1.1 光催化技术及光催化剂

1.2 Bi2O3的制备及其在光催化领域的应用

1.3 石墨烯量子点的制备及应用

1.4 本论文的研究思路及内容

2 石墨烯量子点的合成与表征

2.1 实验仪器与方法

2.2 结果与讨论

2.3本章小结

3 Bi2O3的合成及表征

3.1 实验仪器及方法

3.2结果与讨论

3.3 Bi和Bi2O3纳米粒子的制备机理

3.4本章小结

4 GQDs/Bi2O3复合材料的光催化性质研究

4.1 实验仪器与方法

4.2 实验结果与讨论

4.3 GQDs/Bi2O3复合材料的其它性质表征

4.3 本章总结

5 结论与展望

5.1本文的主要成果

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录：

B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录：