高效铋基异质结构可见光催化材料的可控构筑

摘要

由于全球能源需求和环境污染问题，光催化净水技术在近几年引起了高度重视。目前众多具有不同的形貌，微观结构和优异性能的半导体光催化剂被广泛报道。铋基化合物具有窄带隙，独特的层状结构和高可见光光催化活性，使其成为有希望的可见光催化剂，但纯的铋基光催化剂有着光生载流子易复合等缺点，限制了它的应用。因此构建异质结构以延长电子-空穴对的寿命是赋予半导体光催化剂优异光降解性能的非常重要的方法。常见合成异质结构的方法有合成同质异质结构（同种物质不同晶型能隙匹配）和合成异质异质结构（不同物质能隙匹配）。
　　本文采用合成铋基光催化剂异质结构的方法来提高光催化性能。一方面利用硅酸铋有多种晶型的特性，合成硅酸铋同质异质结构结构，另一方面合成溴氧化铋/硅酸银异质异质结构。对这两种异质结构光催化性能进行研究。具体如下:
　　(1)硅酸铋同质异质结构:硅酸铋(BSO)同质异质结构是使用一步水热法合成的，不添加任何其它无机组分。十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)在实验中起两部分作用，一部分是作为Br源控制化学组成，另一部分是作为表面活性剂调节表面形貌。在CTAB的双重作用控制下，合成了两种BSO异质结构:Bi2SiO5纳米颗粒分别锚定在Bi12SiO20或Bi4Si3O12薄片上，分别形成棒状和花状异质结构，显着改善了可见光辐射吸收和染料吸附。由于具有两种异质结构，优化的BSO材料表现出高活性的光催化性能以及卓越的循环稳定性。
　　(2)溴氧化铋/硅酸银异质异质结构:采用水热-共沉淀法简单合成了异质结溴氧化铋/硅酸银光催化剂，研究了不同负载量的Ag6Si2O7纳米粒子在BiOBr纳米片上对可见光区光催化活性的影响。对Ag6Si2O7/BiOBr异质结构进行了形貌，晶体结构，吸收性能，带隙能等几个因素的分析。用亚甲基蓝(MB)和甲基橙(MO)作为降解模型进行了全面研究。形成的AB-20(Ag6Si2O7/BiOBr=2∶10的摩尔比)在所有比例(Ag6Si2O7/BiOBr=1∶10、2∶10、3∶10)和纯物质中具有最好的光催化能力。同时探究了降解混合两种有机污染物的催化实验，由于形成吸附结构，促进了吸附，同时存在竞争催化现象，AB-20对MO催化表现出明显的速率加快，对MB催化表现出速率减慢。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 水污染的治理

1．2 光催化技术

1．2．1 光催化原理

1．2．2 影响光催化活性的因素

1．3 铋基光催化剂

1．3．1 概述

1．3．2 硅酸铋光催化剂

1．3．3 溴氧化铋光催化剂

1．4 银基光催化剂

1．4．1 概述

1．4．2 硅酸银光催化剂

1．5 课题的研究背景、研究内容及创新点

1．5．1 课题研究背景

1．5．2 课题研究内容

第二章 实验方法及分析测试

2．1 光催化剂制备方法

2．1．1 实验原料和试剂

2．1．3 沉淀法制备Ag6Si2O7

2．2 催化材料表征方法

2．2．1 主要实验仪器

2．2．2 主要测试仪器

2．3 光催化测试

2．3．1 溶液配制

2．3．2 光催化测试

第三章 硅酸铋同质异质结构：一步合成、形态可控且具有优异光催化性能

3．1 引言

3．2 硅酸铋同质异质结构制备

3．2．1 实验原料和试剂

3．2．2 硅酸铋同质异质结构制备方法

3．2．3 表征测试

3．2．4 光催化测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 XRD分析

3．3．2 形貌分析

3．3．3 FT-IR、UV-vis、XPS分析

3．3．4 光催化性能测试及机理探究

3．4 小结

第四章 溴氧化铋／硅酸银异质异质结构：具有高效可见光催化性能

4．1 引言

4．2 溴氧化铋／硅酸银异质异质结构制备

4．2．1 实验原料和试剂

4．2．2 溴氧化铋／硅酸银异质异质结构制备方法

4．2．3 表征测试

4．2．4 光催化测试

4．2．5 理论计算

4．3 结果与讨论

4．3．1 XRD、形貌、EDS、Mapping分析

4．3．2 FT-IR、XPS分析

4．3．3 UV-vis分析

4．3．4 模拟分析

4．3．5 催化降解单一有机染料性能测试及机理探究

4．3．6 催化降解混合有机染料性能测试及机理探究

4．4 小结

第五章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者及导师介绍