离子液体修饰BiOI合成及其可见光催化活性增强

摘要

近些年来，已经成为全球研究热点的光催化技术，无论是在环境治理还是在能源开发等方面都受到越来越多人们的高度关注。目前，具有良好催化活性的光催化材料的研究与开发，已经逐步成为了国内外争相报道的热点。关于这方面的报道目前主要集中在两个方面，一是对二氧化钛的修饰改性方面的研究，希望能够使其响应可见光，以提高它的光催化活性；二是开发各种新型的可见光催化剂。
　　 目前为止，BiOX(X=F、Cl、Br、I)作为一种新型的半导体材料，独特的电子结构、良好的光学性质和高效的催化性能，使得此类可见光催化剂展示出更大的发展空间。其中BiOI的可见光活性最好，因此BiOI成为光催化剂研究的一个新方向。
　　 本论文旨在研究新型可见光催化剂卤氧化铋的低温简易的制备方法，希望能够制备和筛选出具有良好的应用前景、稳定性强的可见光光催化剂，并从研究催化剂光催化机理的角度出发来提高其光催化活性。
　　 首先对常见的BiOI的光催化机理进行了详细的研究，BiOI的禁带宽度较小，很容易对可见光进行响应，但其这一性质又会导致光生电子和空穴的快速复合。因此我们采用离子液体在线修饰的方式对BiOI进行表面修饰以提高其光催化活性。以Bi(NO3)3·5H2O和[Bmim]I为主要原料、蒸馏水为溶剂，70℃水浴条件下制备出具有超薄的BiOI纳米片(记为IL-BiOI)。这里的离子液体不仅是碘源，还对BiOI的表面进行了在线修饰，可以有效的抑制电子和空穴的复合。IL-BiOI在可见光条件下表现出良好的光催化性能，我们对IL-BiOI的光催化机理也进行了相关的讨论。
　　 此外，我们依然用离子液体作为碘源，首次用研磨的方法在室温下一步合成异质结型光催化材料BiOI/Bi2O3，发现其可见光活性明显增强。同样地，我们对BiOI/Bi2O3复合催化剂的形成过程以及光催化机理也进行了详细的研究和讨论。实验结果表明，其可见光活性的显著增强依赖于离子液体在线修饰以及BiOI与Bi2O3形成异质结构的协同效应。