p--n异质结BiOC1/BiVO4催化剂的制备、表征及可见光催化活性

摘要

采用水热法制备新型具有p-n异质结结构的可见光响应BiOCl/BiVO4催化剂。运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、比表面积测试法(BET)和紫外-可见漫反射光谱分析表征了样品的物化性质。通过离子色谱仪分析得到了样品中BiOCl和BiVO4的真实摩尔比，结果与用朗伯-比尔定律得到的数据结果基本吻合。选用甲基橙(MO)为目标污染物并以其浓度的变化考察了样品的光催化活性。结果表明，复合结构催化剂较之纯BiVO4、 BiOCl和商用P25具有更高的光降解效率，BiOCl和BiVO4的摩尔比对催化剂的光催化活性有显著影响，BiOCl摩尔含量为13 mol％的异质结催化剂具有最高光催化活性。当用可见光照射11h后，最高活性的0.75BiOCl/BiVO4异质结光催化剂降解MO的效率是85％，分别约为单一BiVO4和商用P25效率的3.54倍和1.89倍，且可见光下光催化活性在5个循环实验后基本不变。这是因为BiOCl/BiVO4的B型异质结结构具有较强的氧化能力，BiOCl和BiVO4之间形成p-n异质结，导致光生电子、空穴对的有效分离，增强了MO的降解效率。基于自由基捕获和氮气吹脱实验证明BiOCl价带(VB)上的空穴直接氧化MO，BiVO4导带(CB)上的光生电子起到与溶解氧反应的作用。BiOCl/BiVO4异质结光催化剂可望在实际废水处理中得到应用。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 文献综述

1．1 光催化技术原理及研究现状

1．2 铋系光催化剂

1．2．1 铋系光催化剂概述

1．2．2 BiOX(X=F、Cl、Br、I)半导体光催化剂

1．2．3 BiVO4半导体光催化剂

1．3 半导体异质结光催化

1．3．1 半导体异质结简介

1．3．2 半导体异质结提高光催化机理

1．4 目标污染物选取

1．4．1 染料废水降解研究进展

1．4．2 甲基橙基本性状概述

1．5 本论文研究目的、研究内容及意义

第二章 实验与分析

2．1 实验材料与设备

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验设备与材料

2．2 实验装置

2．2．1 反应装置

2．2．2 实验光源

2．3 催化剂的制备与表征方法

2．3．1 BiVO4的催化剂合成

2．3．2 BiOCl／BiVO4异质结催化剂的合成

2．3．3 表征方法

2．4 实验过程

2．5 产物及样品分析

2．5．1 MO测定

2．5．2 样品相对含量测定

第三章 实验结果与讨论

3．1 催化剂表征

3．1．1 XRD分析

3．1．2 SEM和TEM分析

3．1．3 XPS分析

3．1．4 BET比表面积分析

3．1．5 紫外可见漫反射光谱

3．2 可见光催化活性测试和催化剂稳定性评估

3．2．1 可见光催化活性测试

3．2．2 光稳定性

3．3 光催化机理探究

3．3．1 氟离子、碘离子、叔丁醇的影响作用

3．3．2 清除溶解氧实验

第四章．结论与建议

4．1 结论

4．2 建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文