鉍氧酸鹽光催化材料的制備及其催化性能研究.pdf

1、鉍氧酸鹽是由金屬 Bi3+與含氧酸根(同多酸根為主)結(jié)合而成的一類無(wú)機(jī)鹽，其組成、物相和形貌結(jié)構(gòu)具有多變性。獨(dú)特的電子構(gòu)型和層狀的晶體結(jié)構(gòu)，賦予鉍氧酸鹽特殊的半導(dǎo)體特征，使其呈現(xiàn)出良好的光學(xué)響應(yīng)性能，因而在光催化劑領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。不同的制備方法和反應(yīng)條件，對(duì)于鉍氧酸鹽的組成、結(jié)構(gòu)和外觀形貌影響很大，進(jìn)而對(duì)其光催化性能產(chǎn)生決定性的作用。因此，深入廣泛地研究鉍氧酸鹽的可控制備及其形貌調(diào)控，并探討其相應(yīng)的光催化活性和應(yīng)用研究，具有重要

2、的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本文依據(jù)鉍氧酸鹽的構(gòu)效關(guān)系理論基礎(chǔ)，采用軟模板輔助的液相合成手段，通過(guò)調(diào)變反應(yīng)條件，制備出了一系列組成不同、形貌可控的鉍氧酸鹽化合物，并對(duì)其光催化降解不同的有機(jī)物溶液體系進(jìn)行了科學(xué)評(píng)價(jià)。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1、表面活性劑輔助水熱法合成了系列γ-Bi2MoO6微納米晶粉。考察了 pH值及不同表面活性劑對(duì)產(chǎn)物物相及形貌的影響，以可見(jiàn)光降解羅丹明 B作為探針?lè)磻?yīng)，研究了不同條件下的降解效果，對(duì)γ-Bi2Mo

3、O6的催化活性做了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，在反應(yīng)物Bi與Mo物質(zhì)的量比為2:1及pH為3-9范圍內(nèi)，表面活性劑的加入與否并不影響正交晶系γ-Bi2MoO6的形成；pH值為9時(shí)所得產(chǎn)物的催化活性最高，可見(jiàn)光照射3h的降解率可達(dá)79.62％，SDS輔助所得納米片狀γ-Bi2MoO6具有高達(dá)98.81%的降解率。采用正交優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)不同條件下所得γ-Bi2MoO6降解羅丹明 B進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的極差分析，得到了反應(yīng)因素的主次分配和優(yōu)

4、化反應(yīng)之間的關(guān)系。
　　2、表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和溴代甲基咪唑反應(yīng)型離子液體[Cnmim]Br輔助水熱法和乙二醇法制備出了不同形貌結(jié)構(gòu)的 BiOBr微粉。XRD、SEM和BET的表征結(jié)果證實(shí)，產(chǎn)物均為四方晶系，純度較高。隨著離子液體中陽(yáng)離子取代基上碳原子數(shù)(Cn)的增多，BiOBr晶體沿著(110)晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)。粒徑和表面孔隙均隨 Cn的增加而減小，但比表面積隨之而增大?？梢?jiàn)光降解苯胺的結(jié)果表明，由溴代甲基咪

5、唑反應(yīng)型離子液體輔助得到的三種花狀 BiOBr催化劑的催化活性不同，反應(yīng)280min時(shí)，降解率依次為54.13%、78.67%和95.06%，均高于以 CTAB為溴源制備得到的 BiOBr的活性。反應(yīng)機(jī)理研究表明，光生空穴是光降解過(guò)程的主要活性物質(zhì)，羥基自由基所起的作用較小。
　　3、雙氰胺鹽甲基咪唑反應(yīng)型離子液體[Bmim]N(CN)2輔助水熱法合成了巢狀結(jié)構(gòu)的 Bi2WO6微晶。通過(guò)改變離子液體的加入量，對(duì)產(chǎn)物的物相和形貌進(jìn)行

6、了調(diào)控。結(jié)果表明，加入離子液體有利于 Bi2WO6晶體向(200)晶面取向生長(zhǎng)。隨著離子液體加入量的增多，產(chǎn)物的粒徑先減小后增大，對(duì)甲基橙的降解率出現(xiàn)了先升高而后下降的趨勢(shì)。其中，加入10%體積量的離子液體[Bmim]N(CN)2所合成的Bi2WO6顯示了優(yōu)良的光降解性能，對(duì)甲基橙的降解率達(dá)到97.44%。
　　上述研究結(jié)果證明，鉍氧酸鹽材料的物相和形貌結(jié)構(gòu)對(duì)其可見(jiàn)光催化活性影響較大。科學(xué)地調(diào)變反應(yīng)條件，可以較好地控制產(chǎn)物的物相及