Bi3O4Cl基复合催化剂与纳米Cu2O的制备及其光催化性能研究

摘要

近年来，随着经济的快速发展，人们正面临着能源短缺和环境污染的巨大挑战。以“高效低廉，绿色环保”为特点的光催化技术在废水处理和空气净化等方面展现出了广阔的前景，受到越来越多科研工作者的关注。TiO2由于具有较强的光催化活性、高稳定性及无毒等特点使其成为了目前研究最多的光催化剂。然而，由于其禁带较宽，量子效率低等缺点，限制了它的实际应用。卤氧化铋类化合物是一类新型的半导体光催化剂，其独特的层状结构有助于电子-空穴对分离，因此表现出较高的光催化效率，在光催化领域具有很好的发展前景。本文即在此背景下，以Bi3O4Cl为基底，制备了两种高效可见光响应的新型光催化材料。另外，本文还制备了Cu2O，并对其光催化性能进行了研究。
　　首先，通过简单的沉淀法、固相研磨焙烧法和离子交换法制备了AgCl/Bi3O4Cl可见光响应催化剂。以罗丹明B为目标降解物，考察了催化剂的光催化性能，并通过一系列表征探究了催化剂的光催化反应原理。实验结果表明，当AgCl和Bi3O4Cl的摩尔比为8％时所合成的样品具有最佳的光催化性能，且该催化剂具有较好的稳定性。AgCl/Bi3O4Cl复合催化剂比纯相Bi3O4Cl和AgCl催化剂的光催化效率高，主要是因为AgCl和Bi3O4Cl之间的协同作用，使光生电子-空穴对得到高效的分离。
　　其次，通过焙烧Bi3O4Cl和g-C3N4的方法制备了Bi3O4Cl/g-C3N4复合型光催化剂。运用BET、SEM、TEM、XRD、FT-IR和UV-vis等表征手段对催化剂的比表面积、形貌、结构、和光学性能进行了分析。实验结果表明，g-C3N4通过Bi3O4Cl修饰之后，比表面积增大了，同时其对可见光的吸收范围扩大了。而更重要的是Bi3O4Cl和g-C3N4结构之间形成了异质结结构，促进了光生电子和空穴对的有效分离，提高了光催化剂的催化活性。
　　最后，采用水热法，在不同的时间和温度条件下成功制备了Cu2O催化剂。通过SEM分析反应条件对催化剂的形貌有比较大的影响。我们还研究了不同形貌的Cu2O催化剂的光催化性能，实验结果表明，分别在16h、180℃和19h、140℃条件下制备的Cu2O催化剂具有较高的光催化活性，Cu2O良好的光催化活性跟它们的比表面积以及晶面的表面能有关。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 光催化技术的应用

1．2．1 光解水制氢

1．2．2 环境污染治理功能

1．2．3 其他应用

1．3 半导体光催化技术降解污染物的原理

1．4 光催化性能的影响因素

1．4．1 半导体能带结构

1．4．2 晶相结构

1．4．3 比表面积

1．4．4 催化剂粒径大小

1．4．5 催化剂形貌和表面性质

1．4．6 光源和光照条件

1．4．7 催化剂的用量

1．4．8 反应温度和PH值

1．5 提高光催化活性的方法

1．5．1 离子掺杂

1．5．2 贵金属沉积

1．5．3 表面光敏化

1．5．4 半导体复合

1．5．5 开发新型光催化剂

1．6 论文选题依据及研究内容

1．6．1 选题依据

1．6．2 研究内容

第二章 实验部分

2．1 催化剂的制备

2．1．1 实验试剂

2．1．2 催化剂的制备

2．2 催化剂的表征

2．2．1 X-射线衍射测试(XRD)

2．2．2 紫外-可见漫反射(UV-vis DRS)

2．2．3 比表面积测试(BET)

2．2．4 扫描电子显微镜(SEM)

2．2．5 透射电子显微镜(TEM)

2．2．6 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)

2．2．7 荧光光谱(PL)

2．2．8 X-射线光电子能谱(XPS)

2．3 催化剂的活性评价

2．3．1 光催化降解反应

2．3．2 紫外可见吸收光谱(UV-vis)

2．3．3 活性物种测试

第三章 AgCl／Bi3O4Cl催化剂的制备及其光催化性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 BiOCl和AgCl的制备

3．2．2 Bi3O4Cl的制备

3．2．3 AgCl／Bi3O4Cl催化剂的制备

3．3 结果与讨论

3．3．1 催化剂的表征

3．3．2 催化剂的活性评价

3．3．3 可见光下催化剂AgCl／Bi3O4Cl的作用机理

3．4 结论

第四章 Bi3O4Cl／g-C3N4催化剂的制备及其光催化性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 g-C3N4的制备

4．2．2 Bi3O4Cl的制备

4．2．3 Bi3O4Cl／g-C3N4复合催化剂的制备

4．3 结果与讨论

4．3．1 催化剂的表征

4．3．2 催化剂的活性评价

4．3．3 可见光下Bi3O4Cl／g-C3N4复合催化剂的作用机理

4．4 结论

第五章 水热法制备纳米Cu2O催化剂及其光催化性能研究

5．1 引言

5．2 实验方法及过程

5．3 实验结果与分析

5．3．1 Cu2O的XRD表征分析

5．3．2 反应条件对Cu2O样品形貌的影响

5．4 Cu2O催化剂的活性评价

5．4．1 不同反应温度下制备的Cu2O催化剂的光催化活性

5．4．2 不同反应时间制备的Cu2O催化剂的光催化活性

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的科研成果

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