Bi2S3及其复合材料的制备和可见光催化性能研究

摘要

当前全球面临着能源短缺和环境污染这两大问题，光催化技术在解决这两个问题上有着非常广阔的前景，因为光催化技术相对于其他的治理方法更加的有效，温和并且不存在二次污染。半导体光催化技术是指半导体在可见光或紫外光的照射下，将污染物分解成低分子物质，并且进一步分解生成水、二氧化碳、其他无机离子的过程。硫化铋作为一种窄带隙(1.2～1.7eV)半导体材料，具有良好的可见光吸收性能，是一种极具发展潜力的光催化材料，近年引起了大家的广泛关注。但由于带隙较窄，光生载流子容易复合，且稳定性较差等问题制约了其在光催化领域的应用。针对这些问题，本论文分别通过形貌调控以及将其与其它半导体复合对其改性，借此改善其光催化性能。具体研究内容如下:
　　1.以五水合硝酸铋、二水合钨酸钠、硫代乙酰胺为原料，首先采用水热法合成了由纳米片组装成的空心球状Bi2WO6球花，再以Bi2WO6为模板，通过原位拓扑转化法，得到由纳米棒组装成的具有分级结构的Bi2S3中空微球，采用XRD、FESEM、DRS、TEM、EDS、XPS、和PL等方法，对所制备光催化剂的结构、形貌等进行表征分析，通过降解有机染料罗丹明B(RhB)和环丙沙星(CIP)溶液对样品的光催化性能进行了评估。结果表明，Bi2WO6与Bi2S3对罗丹明B(RhB)和环丙沙星(CIP)均具有可见光降解能力，在可见光下照射75min对Bi2WO6对RhB和CIP降解率分别为45％和22％。而Bi2S3在相同时间相同条件下对RhB和CIP降解率分别达到96％和75％，表明空心球状Bi2S3具有更优异的光催化性能。
　　2.采用水热法合成了Bi2S3/Bi2WO6微球，通过XRD、XPS分析了Bi2S3/Bi2WO6异质结的晶体结构、化学组成，通过FESEM、TEM分析了样品的微观形貌，通过DRS分析了样品的光学吸收特性，通过PL分析异质结材料的光生电子空穴复合率，通过降解有机染料罗丹明B(RhB)和环丙沙星(CIP)溶液对样品的光催化性能进行了评估。结果表明:Bi2S3/Bi2WO6微球具有优良的可见光响应能力，在可见光照射下，Bi2S3/Bi2WO6对罗丹明B和环丙沙星的降解率分别达到79.2％和62.85％，并初步探讨了Bi2S3/Bi2WO6复合材料的光催化降解机理。
　　3.采用水热法合成了Z型AgInS2/Bi2S3异质结光催化材料，通过多种表征手段对AgInS2/Bi2S3异质结光催化材料的晶体结构，微观形貌，化学组成等进行了研究，通过降解有机染料罗丹明B(RhB)和环丙沙星(CIP)溶液对样品的光催化性能进行了评估。结果表明:AgInS2/Bi2S3微球具有优良的可见光响应能力，在可见光照射下，Bi2S3/Bi2WO6对罗丹明B和环丙沙星的降解率分别达到96％和84.7％，初步探讨了Z型AgInS2/Bi2S3异质结光催化材料的光催化降解机理。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 半导体光催化技术概述

1．2．1 光催化技术的发展

1．2．2 半导体光催化基本原理

1．2．3 提高光催化活性的基本途径

1．3 半导体光催化的应用研究进展

1．3．1 光催化分解水中的有机物

1．3．2 光催化制氢

1．3．3 新型太阳能电池

1．3．4 有害气体的净化

1．4．1 铋系光催化剂简介

1．4．2 硫化铋的基本结构和性质

1．4．3 制备硫化铋的常用方法

1．5 本文的研究内容及创新点

1．5．1 选题意义和主要内容

1．5．2 创新点

第二章 分级结构Bi2S3中空微球的拓扑制备及其可见光催化性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验仪器和设备

2．2．2 实验药品与规格

2．2．3 Bi2S3空心球的制备

2．2．4 样品的表征

2．2．5 光催化性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 样品的XRD分析

2．3．2 样品的FESEM分析

2．3．3 样品的TEM分析

2．3．4 样品的EDS及Mapping元素分布

2．3．5 样品的UV-Vis分析

2．3．6 样品的BET分析

2．3．7 样品的XPS分析

2．3．8 样品的的光催化性能研究

2．4 本章小结

第三章 Bi2S3/Bi2WO6异质结光催化材料的制备及光催化性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

2．2．1 实验仪器和设备

2．2．3实验药品与规格

3．2．3 球状Bi2S3/Bi2WO6异质结的制备

3．2．4 样品的表征

3．2．5 光催化性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 样品的XRD分析

3．3．2 样品的FESEM分析

3．3．3 样品的TEM和HRTEM分析

3．3．4 样品的EDS及Mapping元素分布

3．3．5 比表面积(BET)测试

3．3．6 样品的UV-Vis分析

3．3．7 反应时间对Bi2S3/Bi2WO6形貌的影响

3．3．8 样品的荧光光谱分析

3．3．9 样品的光催化性能测定

3．3．10 样品的光催化机理

3．4 本章小结

第四章 Z型AgInS2/Bi2S3异质结光催化材料构建及性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验仪器和设备

4．2．2 实验药品与规格

4．2．3 AgInS2/Bi2S3异质结光催化材料的制备

4．2．4 样品的表征

4．2．5 光催化性能测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 样品的XRD分析

4．3．2 样品的FESEM分析

4．3．3 样品的TEM分析

4．3．4 样品的EDS及Mapping元素分布

4．3．5 样品的BET分析

4．3．6 样品的XPS分析

4．3．7 制备条件对AgInS2/Bi2S3形貌和结构的影响

4．3．8 样品的UV-Vis分析

4．3．9 样品的荧光光谱分析

4．3．10 样品的的光催化性能测定

4．3．11 捕获实验及光催化机理研究

4．4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间完成的论文

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