Bi2MoO6-Au-TiO2三元光催化薄膜的制備及其催化性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化技術(shù)已經(jīng)成為解決當(dāng)前環(huán)境污染和能源短缺問(wèn)題的有效途徑之一。而開(kāi)發(fā)高效光催化劑是半導(dǎo)體光催化技術(shù)走向?qū)嵱没年P(guān)鍵。長(zhǎng)期以來(lái)，TiO2作為經(jīng)典光催化劑，因物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，價(jià)格便宜，制備方法簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境沒(méi)有危害，氧化性強(qiáng)等，所以一直是光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但TiO2作為寬帶隙半導(dǎo)體(Eg=3.2eV)，僅能吸收利用紫外光（λ＜400nm，占地球表面光能的4％左右），對(duì)太陽(yáng)光吸收率很低，而且光生電子-空穴容易復(fù)合，很難轉(zhuǎn)移至催化劑

2、表面參與氧化還原反應(yīng)，導(dǎo)致量子效率降低，進(jìn)一步降低了光能轉(zhuǎn)化利用效率。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)上述問(wèn)題開(kāi)展了大量的改性研究，主要包括:貴金屬負(fù)載，元素?fù)诫s，表面光敏化，半導(dǎo)體復(fù)合以及形貌調(diào)控等等。本研究采用貴金屬負(fù)載，半導(dǎo)體復(fù)合和形貌調(diào)控這三種方法結(jié)合，以期提高TiO2的光催化活性。本文分別制備得到TiO2納米纖維薄膜（TiO2NFF，TiO2nanofiber film），Au/TiO2NFF，Bi2MoO6/TiO2二元復(fù)合物，Bi2MoO6

3、/Au/TiO2三元復(fù)合物，采用SEM、XRD、XPS、UV-Vis、PL以及光電流測(cè)試等對(duì)所制各樣品的微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)、元素組成價(jià)態(tài)、光譜學(xué)以及電化學(xué)性質(zhì)等進(jìn)行全面的分析。同時(shí)，考察上述樣品光催化降解亞甲基藍(lán)(methylene bule，MB)的性能，并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了討論，本文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)以鈦片為基底，采用水熱法制備出網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的TiO2納米纖維薄膜(TiO2NFF，TiO2nanofiber film)，薄

4、膜與鈦基底貼合緊密，不易脫落，比粉末狀TiO2更容易回收利用，可以吸收可見(jiàn)光，而且在可見(jiàn)光照射100min后，對(duì)MB的降解效率達(dá)到了19.14％，這可能是由于TiO2納米纖維獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)可以通過(guò)捕獲可見(jiàn)光加速染料光敏化進(jìn)程。再通過(guò)微波輔助化學(xué)還原法將金納米顆粒(Au nanoparticles，Au NPs)負(fù)載在TiO2NFF的表面，表征得出:Au NPs的負(fù)載進(jìn)一步提高了樣品對(duì)可見(jiàn)光的吸收，促進(jìn)了光生載流子的分離。樣品0.8Au/

5、TiO2NFF光電流強(qiáng)度是純TiO2NFF提高了兩倍多，在紫外可見(jiàn)光照射100min后，對(duì)MB的降解效率可以達(dá)到98.22％。
　　(2)采用醇熱法將Bi2MoO6與TiO2NFF進(jìn)行復(fù)合，制備出了Bi2MoO6/TiO2二元復(fù)合物。研究發(fā)現(xiàn):Bi2MoO6/TiO2二元復(fù)合物純度高，穩(wěn)定性好，Bi2MoO6的復(fù)合使TiO2的吸收邊帶發(fā)生紅移，光生載流子的復(fù)合也得到了抑制。0.08Bi2MoO6/TiO2復(fù)合物的光電流差不多是純T

6、iO2NFF的3倍，另外，在可見(jiàn)光照射100min后，基本完成了對(duì)MB的降解。
　　(3)以Au/TiO2NFF為反應(yīng)模板，通過(guò)醇熱反應(yīng)制備出了Bi2MoO6/Au/TiO2三元納米光催化材料。研究發(fā)現(xiàn):Bi2MoO6/Au/TiO2三元復(fù)合物，其結(jié)構(gòu)是以TiO2NFF為底板，上面依次覆蓋Au NPs和Bi2MoO6。Au NPs和Bi2MoO6的共修飾從兩個(gè)方面大大提高了樣品對(duì)可見(jiàn)光的吸收，光生電子-空穴的復(fù)合也得到了進(jìn)一步的抑