基于钯金合金与BiFeO3/g-C3N4复合材料的光催化-电芬顿耦合催化性能研究

摘要

21世纪以来，随着全球经济的快速发展，环境问题越来越成为人们关注的重点，因为许多经济的发展都是以能源的消耗作为代价。半导体光催化技术作为一种新型的可以有效处理环境问题的方法逐渐走入人们的视野，但是由于以二氧化钛为代表的传统半导体材料因为其带隙大，对于太阳光利用率低和固液分离困难等缺点，其在实际工业应用中始终难以得到突破性的进展。电芬顿技术是近年来在污水处理应用中发展起来的一种高级的电催化氧化技术，其以可以原位产生H2O2为特点逐渐受到了人们的关注。铁酸铋（BiFeO3）一种新型的半导体材料，因其较窄的带隙（2.2 eV）而受到了广泛的关注。本文以铋系金属氧化物（BiFeO3）为基质制备了两种同时就有光催化效果和电芬顿催化效果的材料，通过 XRD， SEM，TEM，XPS等技术对材料的结构、形貌和组分进行了表征，并探究了分别在光催化和电芬顿催化以及光电协同作用下对污染物的降解效果和降解机理，主要研究内容如下： 1.通过溶剂凝胶法制备了BiFeO3纳米材料，并用化学还原法将钯金合金还原负载在合成的BiFeO3纳米材料表面，以20 mg/L对硝基苯酚（4NP）为目标污染物进行光催化，电芬顿催化降解和光电催化降解。结果发现，在模拟太阳下光电催化40分钟基本降解完全，提供了一种全新的对环境难处理污染物的降解方法。 2.通过一步法合成了g-C3N4/BiFeO3纳米材料，并通过化学还原法将钯金合金成功负载来合成的 g-C3N4/BiFeO3纳米材料表面，因为 g-C3N4/BiFeO3异质结结构可以降低其光生电子-空穴复合率，从而增强了其光催化效果，并探究了其电芬顿催化效果和影响因素。结果表明，在pH=3，电流强度为200 mA，g-C3N4/BiFeO3的钯金负载量为5 wt％时电芬顿催化效果最好，在光电协同作用下降解20mg/L对硝基苯酚（4NP）在30分钟内基本降解完全，为如何提高材料的光电催化降解效果提供了研究思路。

目录

第一章 绪论

1.1引言

1.2光催化技术

1.3电芬顿技术

1.4铋基光催化剂的研究进展

1.5选题的意义及本论文研究方案

第二章 溶剂-凝胶法制备BiFeO3负载钯金合金用于光电催化

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果讨论

2.4 电芬顿性能分析

2.5光催化性能测试

2.6 光电催化性能测试

2.7 机理探讨

2.8 本章小结

第三章 一步法制备BiFeO3/C3N4负载钯金合金用于光电催化

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果讨论

3.4 光催化性能

3.5 电催化性能

3.6光电性能测试

3.7 光电催化机理

3.8 本章小结

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

攻读硕士期间获得的成果

致谢

声明