非常規(guī)技術合成鉍系可見光催化劑及其性能研究.pdf

1、半導體光催化劑由于能將光能轉化為人類能夠利用的其它能源而被廣泛的應用于解決能源和環(huán)境方面的問題。其中TiO2由于其無毒無害、穩(wěn)定性好、催化活性高等優(yōu)點而備受關注,但其較寬的禁帶寬度遏制了對太陽光的利用率,并且量子效率低。為了更好地開發(fā)可利用太陽光的光催化劑以解決實際問題,相對于其他針對TiO2改性的途徑,本文旨在開發(fā)具有可控能帶結構以及可見光響應的非TiO2光催化劑,以解決對可見光利用率低等問題。鉍系光催化劑由于其Bi6s和O2p軌道的

2、雜化提高了價帶的位置,從而減小了禁帶寬度,使得可見光即可激發(fā)從而應用于光催化領域。但是由于傳統(tǒng)的高溫制備方法使得鉍系催化劑的比表面積較小,穩(wěn)定性較差,從而影響了光催化活性和使用壽命。針對這一瓶頸問題,本論文采用新型非常規(guī)合成方法制備了具有特殊形貌結構的鉍系可見光催化劑,獲得了結構可控、比表面積較大的多種鉍系可見光催化劑,并結合結構表征研究其構效關系,為拓展光催化的研究領域提供了理論依據(jù)。本研究主要內容如下：
　　 ⑴雙醇體系下醇

3、熱法制備花狀BiOBr可見光催化劑并應用于有機污染物的降解。 雙醇體系中以CTAB為模板和溴源采用溶劑熱法合成了花狀結構BiOBr可見光催化劑,大大提高了對光的吸收,從而提高了光催化活性和速率。通過對乙二醇和異丙醇比例的調變得到了可控的結構形貌。通過改變反應物的種類、濃度以及反應條件等提出BiOBr的生長機理。CTAB能夠控制BiOBr生長成片,然后自組裝形成花球,乙二醇和異丙醇濃度的不同使得花球出現(xiàn)稀松和密集的不同。通過系統(tǒng)表征和對降

4、解羅丹明B(RhB)的活性評價,證明當溶液中乙二醇與異丙醇的量為5:35、Bi／Br比為2:1、醇熱時間為12 h時樣品的催化性能最好,可歸因于其高結晶度、較大的比表面積和由于多次反射產生的較強可見光吸收等。同時該方法制備的BiOBr催化劑顯示出優(yōu)于其他催化劑的催化活性。
　　 ⑵基于BiOBr的可見光催化與催化過氧化協(xié)同催化降解有機污染物。采用可見光／BiOBr／H2O2體系,研究了光催化與過氧化的協(xié)同作用機制。通過對有機染料

5、RhB溶液的降解,證明了光催化與過氧化的共同作用可大大加快降解速率。又通過對降解機理的考察驗證,考察了活性物種的種類,初步得出反應歷程。
　　 ⑶噴霧干燥法制備BiVO4和BiFeO3可見光催化劑。以多元醇為結構導向劑采用噴霧干燥法合成了BiVO4和BiFeO3可見光催化劑。通過改變醇類羥基的個數(shù)制備了不同形貌的BiVO4微米球,主要歸因于溶液中Bi3+與羥基的絡合能力不同。而調變溶液中甘油的濃度,可以得到不同殼層厚度的BiFe