一维高质量界面氧化铋异质结的合成和增强的光催化性能研究
快速发展的工业和近年来全球人口不断上升是造成能源短缺和环境污染的关键因素。因此,为了确保人类社会的长期和可持续发展,迫切需要开发用于绿色能源生产和环境修复的环保和可再生技术。在各种提议的技术中,光催化技术被认为是从水溶液中去除有机污染物的最有前途的技术之一。异质结能够促进电子和空穴和有效分离,可以将不同半导体的功能完美地结合在一起,拓宽光催化剂对光的吸收范围,进一步提高催化剂性能。但在实际的应用中,异质结在使用数次后催化活性失活。这是界面质量低所导致的。所以,本文主要研究了高质量界面氧化铋异质结的合成,具体的研究内容如下:1.通过将Bi（OHC2O4）·2H2O-Bi2VO5.5前驱体在350℃空气中煅烧3 h,得到1 D高质量界面Bi2O3-Bi4V2O11目标产物。Bi4V2O11在Bi2O3多孔棒上外延生长,这不仅提高了界面的质量,并且为Bi2O3-Bi4V2O11界面之间的电子-空穴对的转移提供了最小的穿透势垒。所得Bi2O3-Bi4V2O11异质结在可见光的照射下对于高浓度苯酚和MO降解优于纯Bi2O3和Bi4V2O11。使用Bi2O3-Bi4V2O11（DS-2）异质结构作为光催化剂,在可见光照射下,40 mg/L的苯酚在30 min可完全降解。催化活性增强的原因是Bi2O3和Bi4V2O11的合适的能带排列、高的界面质量和一维有序的纳米结构的协同效应。自由基捕获实验表明,空穴（h+）和超氧自由基（·O2-）是光催化过程中苯酚（和MO）降解的主要活性物质。这项工作将为设计和制造高质量界面的异质结光催化剂提供了一种简便有效策略。2.首先选取Bi（OHC2O4）·2H2O作为前驱体,通过水热法合成出Bi（OHC2O4）·2H2O-BiOI。将Bi（OHC2O4）·2H2O-BiOI前驱体在350℃空气中煅烧3 h,制备出1 D高质量界面Bi2O3-Bi5O7I复合材料。Bi5O7I纳米片在Bi2O3多孔棒上外延生长,提高了界面的质量,并且为Bi2O3-Bi5O7I界面之间的电子-空穴对的转移提供了最小的穿透势垒。通过在可见光照射下降解甲基橙（MO）和苯酚来评估所得产物的光催化性能。实验表明,Bi2O3-Bi5O7I异质结构的光催化活性高于纯的Bi2O3和Bi5O7I,并且在可见光照射下Bi2O3-Bi5O7I（DS-2）异质结可以在60 min内将30 mg/L的MO完全降解。催化活性增强的原因是Bi2O3和Bi5O7I的合适的能带排列、高的界面质量和一维有序的纳米结构的协同效应。捕获实验表明,空穴（h+）和超氧自由基（·O2-）是光催化过程中MO（和苯酚）降解的主要活性物质。这项工作将为设计和制造高质量界面的异质结光催化剂提供了一种简便有效策略。3.高温煅烧Bi2O2CO3前驱体合成了具有增强太阳光光催化性能的一维Bi2O3-Bi2O2CO3异质结构。Bi2O3-Bi2O2CO3异质结构的形貌是由许多纳米片组成的一维棒状结构。催化降解实验表明,Bi2O3-Bi2O2CO3异质结在太阳光的照射下对于MO和苯酚降解优于纯Bi2O3和Bi2O2CO3。在太阳光照射下,10 mg/L甲基橙（MO）和20mg/L苯酚分别可以在15 min和50 min内完全降解。光催化活性增强是由于Bi2O2CO3和Bi2O3之间的界面相互作用以及电荷载体有效的转移和分离的共同作用。捕获实验实验表明,空穴（h+）和超氧自由基（·O2-）是光催化过程中MO（和苯酚）降解的主要活性物质。本项工作为制备出催化活性高的异质结提供了一种简便有效策略。
- 作者：
- 刘婷
- 学位授予单位：
- 安徽师范大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 彭银
- 中图分类号：
- O643.36；O644.1
- 关键词：
- 异质结；高质量界面；一维结构；光催化降解
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