鉍基可見光光催化材料的改性及其光催化性能的研究.pdf

1、光催化技術(shù)在環(huán)境污染治理方面有著廣闊的應(yīng)用前景,發(fā)展高效可見光光催化劑是光催化材料研究的重要方向之一。鹵氧化鉍光催化劑由于合適的禁帶寬度和特殊的層狀結(jié)構(gòu)成為可見光光催化材料研究的熱點。特別是BiOI由于能吸收可見光,因此開展BiOI的改性研究有重要意義。本文對BiOI光催化劑改性,主要開展了四方面的研究工作:一是通過形成固溶體BiOCl0.2Br0.1I0.7調(diào)節(jié)能帶、增大比表面積來提高光催化性能;二是合成低結(jié)晶的復(fù)合光催化材料Bi2O

2、3/BiOI,提高光生載流子分離效率;三是用熱浸漬法合成了BiOCl/BiOI復(fù)合光催化材料;四是用熱浸漬法制備了不同Pd含量修飾的Pd/BiOI光催化劑。
　　(1)通過濕化學(xué)方法合成了BiOX(X=Cl、Br、I)和三元固溶體BiOCl0.2Br0.1I0.7。合成的所有催化劑為納米片層結(jié)構(gòu),BiOCl0.2Br0.1I0.7固溶體的顆粒尺寸遠(yuǎn)小于 BiOX(X=Cl,Br,I)的顆粒尺寸,其比表面積達(dá)到13.34m2/g;B

3、iOCl0.2Br0.1I0.7的禁帶寬度為1.82eV;能帶計算求得了各催化劑的能帶結(jié)構(gòu),BiOCl0.2Br0.1I0.7的價帶電位為2.50 eV,比純的BiOI的價帶電位更深,氧化能力更強(qiáng)。通過形成固溶體能夠有效調(diào)節(jié)催化劑的能帶結(jié)構(gòu)。BiOCl0.2Br0.1I0.7在可見光條件下降解甲基橙的實驗中表現(xiàn)出比單相催化劑更強(qiáng)的光催化能力,光催化反應(yīng)進(jìn)行2小時,對甲基橙的降解率達(dá)到98％。BiOCl0.2Br0.1I0.7對可見光的強(qiáng)

4、吸收、大的BET比表面積和強(qiáng)的氧化能力是其獲得高效可見光催化能力的主要原因。
　　(2)通過濕化學(xué)方法合成了BiOI、低結(jié)晶的Bi2O3和Bi2O3/BiOI復(fù)合光催化劑。在可見光條件下降解甲基橙的實驗結(jié)果表明,低結(jié)晶的Bi2O3/BiOI催化劑有著遠(yuǎn)高于單相BiOI和Bi2O3的光催化性能,在光催化反應(yīng)僅1h,Bi2O3/BiOI對甲基橙的降解效率達(dá)到了97％。Bi2O3/BiOI的禁帶寬度為2.16eV;其比表面積達(dá)到29m2

5、/g。提出了復(fù)合光催化劑的光生電子空穴對分離模型。小的顆粒尺寸、大的比表面積和更低的光生電子空穴復(fù)合率是復(fù)合催化劑獲得高可見光催化性能的主要原因。光催化循環(huán)實驗表明低結(jié)晶的復(fù)合材料有較好的穩(wěn)定性能。
　　(3)通過熱浸漬法制備了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％、15％、26％、42％BiOCl/BiOI復(fù)合光催化材料。隨著BiOCl含量的增加,復(fù)合材料對400～500nm光譜段的可見光的吸收顯著增強(qiáng),復(fù)合材料的比表面積也增大。在可見光條件下降解甲基

6、橙的實驗中,由于強(qiáng)的可見光吸收和大的比表面積使4％BiOCl/BiOI表現(xiàn)出最佳的光催化性能。但隨著 BiOCl含量的增加,復(fù)合材料的催化效率逐漸降低。由于是浸漬法制備,在BiOI表面生成的BiOCl以粗糙的腐蝕點存在成為光生載流子的復(fù)合中心增加了光生載流子的復(fù)合率,而且隨著 BiOCl含量的增加,復(fù)合中心點增多,并成為影響催化性能的主要因素,導(dǎo)致了復(fù)合催化材料催化性能逐漸降低。
　　(4)用熱浸漬法制備了質(zhì)量含量為0.005％、

7、0.01％、0.05％、0.1％Pd修飾的催化劑Pd/BiOI,Pd的修飾沒有對催化劑的形貌有明顯的影響;隨著Pd的加入量的增大,催化劑對可見光的吸收邊紅移,并且吸收逐步增強(qiáng)。在可見光條件下對甲基橙的降解數(shù)據(jù)表明,Pd的加入降低了BiOI的催化性能,經(jīng)過2h的光催化降解后,BiOI、0.005％Pd/BiOI、0.01％Pd/BiOI、0.05％Pd/BiOI對甲基橙的降解率分別為74％、55％、41％和16％,0.1％Pd/BiOI催