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文檔簡介
1、近幾年來,生態(tài)環(huán)境污染越來越嚴重,而傳統(tǒng)的治理方法因其處理成本較高、周期長、效率低等缺點不能滿足要求。半導體光催化劑因其在環(huán)境治理方面的優(yōu)勢引發(fā)了越來越多的關注。作為一種含氧酸鹽催化劑,BiPO4展現(xiàn)出良好的光催化性能,然而其光響應范圍位于紫外光區(qū),光生電子-空穴對分離效率較低,故需要對BiPO4進行改性來提高它的催化性能,擴展光響應范圍。本文中采用一步水熱法合成的BiPO4納米棒為基體,通過非金屬元素摻雜、貴金屬修飾、半導體復合等方法
2、對BiPO4進行改性,結合一些測試手段,對材料的晶型、微觀形貌、吸光性能進行表征,對材料的光電轉化性能和體系中的光生電子-空穴對的分離效率和載流子的遷移速率進行測試分析,以甲基橙(MO)為模擬污染物,對材料的光催化性能進行測試。
(1)以NaN3為N源,通過一步水熱法合成了不同摻雜比的N摻雜BiPO4(N-BiPO4)。利用第一性原理,對于樣品的價帶和導帶的能帶位置和電子態(tài)密度進行模擬計算。實驗結果發(fā)現(xiàn),BiPO4和N-BiP
3、O4的晶型結構相同,N3-取代了BiPO4中的O2-之后,材料的光吸收邊際發(fā)生了微弱的紅移,樣品的形貌也發(fā)生了變化。在紫外光的照射下,與純的BiPO4相比,N/Bi摩爾比為0.2的樣品的催化效率提升了50%,原因歸結為N3-的引入限制了光生電子和光生空穴的再復合,然而,過量的摻雜反而會降低樣品的光催化活性。
(2)在有機溶液C2H5OH中通過原位生長的方法合成了核殼結構Ag3PO4/N-BiPO4光催化劑,通過在模擬太陽光照射
4、下降解MO的效率來評價樣品的光催化效率,Ag3PO4/N-BiPO4在光照40min后降解了95%的污染物。體系中光催化活性的提高歸因于N摻雜之后,引入的N-O雜質能級促進了電子-空穴對的分離效率。同時,Ag3PO4和N-BiPO4間經過原位反應之后生成的化學鍵,加速了電子-空穴對的分離速率。
(3)以硫脲為前驅體制備出了g-C3N4,在不同的反應溫度下通過三步反應法制備出了Z型g-C3N4/Au/BiPO4分層體系。通過降解
5、MO,評價材料的光電性能和光催化性能。與g-C3N4、BiPO4和g-C3N4/BiPO4相比,樣品g-C3N4/Au/BiPO4表現(xiàn)出了良好的光電化學性能和光催化性能。交流阻抗譜和光電流測試結果都證明了,g-C3N4/Au/BiPO4中的光電子分離速率和遷移速率較高。樣品g-C3N4/Au/BiPO4性能的提升歸因于體系中構造的Z型結構,在Z型體系中,經光照之后所產生的載流子的分離速率加快,阻止了光照后產生的電子和空穴的又一次結合。值
6、得指出的是,Au顆粒不僅作為一種固態(tài)電介質,而且在光照下吸收光子發(fā)生等離子共振效應。
(4)以Bi(NO3)3·5H2O為原料,采用水熱法制備出P-N型Bi2O3/BiPO4異質結,再將g-C3N4包覆在其表面,形成g-C3N4/Bi2O3/BiPO4材料體系,研究了樣品BiPO4、 g-C3N4/BiPO4、Bi2O3/BiPO4和g-C3N4/Bi2O3/BiPO4的光學性能、形貌和光電化學性能。在模擬太陽光照射160mi
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