高效半導(dǎo)體光催化材料的制備及其光催化性能研究.pdf

1、世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展帶來(lái)了全球范圍內(nèi)的污染問題以及能源問題。盡管環(huán)境污染的治理耗費(fèi)大量的時(shí)間、精力和金錢，然而效果甚微，因此空氣污染和水污染的處理將是21世紀(jì)人們面臨的重大挑戰(zhàn)。半導(dǎo)體光催化降解有機(jī)污染物不僅高效而且經(jīng)濟(jì)，便于空氣有機(jī)污染物和水有機(jī)污染物的處理。因此，半導(dǎo)體光催化材料已被國(guó)內(nèi)外廣泛研究。
　　n型半導(dǎo)體TiO2一直被認(rèn)為是最有前途的光催化劑，但其約為3.2 eV的禁帶寬度限制了其在可見光區(qū)域的應(yīng)用;禁帶寬度為2.0

2、eV的p型半導(dǎo)體Cu2O以及2.4 eV的n型半導(dǎo)體單斜白鎢礦BiVO4具有較強(qiáng)的可見光吸收是潛在的可見光催化材料，但光生電子-空穴對(duì)易于復(fù)合導(dǎo)致其光量子效率低。通過將不同半導(dǎo)體進(jìn)行復(fù)合形成異質(zhì)結(jié)以及擴(kuò)大材料的光響應(yīng)范圍被認(rèn)為是提高半導(dǎo)體材料光催化性能的重要途徑。
　　本文旨在采用簡(jiǎn)單而有效的方法制備具有優(yōu)越光催化性能的Cu2O、TiO2和具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的BiVO4-Cu2O-TiO2復(fù)合可見光催化劑，并研究了所制備材料對(duì)甲基橙(M

3、O)和羅丹明B(RhB)的光催化降解性能。本論文的研究成果如下:
　　(1)在不添加任何模板劑的條件下，以硝酸銨作為導(dǎo)向劑，葡萄糖作為還原劑，采用簡(jiǎn)單的溶劑熱法制備了直徑大約400-1000nm開口空心結(jié)構(gòu)的Cu2O微球。考察了所制備的開口空心結(jié)構(gòu)的Cu2O對(duì)MO和RhB降解的光催化性能。結(jié)果表明，經(jīng)1h黑暗中的吸附和9W節(jié)能熒光燈2h的光照，Cu2O對(duì)MO的脫除率達(dá)到了99％，主要以吸附降解為主;經(jīng)1h黑暗中的吸附和9W節(jié)能熒光

4、燈5h的光照，對(duì)RhB的脫除率為60％，主要以光催化降解為主。
　　(2)在添加NaF和HCl的條件下，通過溶劑熱法成功制備了具有高能(001)和(100)面的銳鈦礦型TiO2。產(chǎn)品由50-100nm的TiO2納米球和0.5-1μm的具有平滑晶面的微晶組成，首次觀察到了削角三棱柱形貌的TiO2。經(jīng)黑暗中1h的吸附和300 W Xe燈3h的照射，TiO2對(duì)RhB的光催化活性為90.0％，脫除率為92.7％，均遠(yuǎn)大于NaF和HCl其他

5、添加條件下所制備的TiO2以及商用納米TiO2顆粒P25的光催化活性和RhB的脫除率。
　　(3)通過簡(jiǎn)單的濕化學(xué)法成功合成了新型的三元BiVO4-Cu2O-TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)可見光催化材料，相比于Cu2O和Cu2O-TiO2表現(xiàn)出更好的光催化性能。經(jīng)黑暗中1h的吸附和9W節(jié)能熒光燈8h的照射，5％ BiVO4-40％ Cu2O-TiO2對(duì)RhB的脫除率和光降解率分別達(dá)到了98.3％和97.8％。通過紫外可見漫反射光譜表征、熒光光譜