新型半導(dǎo)體材料BiOBr的改性制備及其光催化性能研究.pdf

1、BiOX(X=Cl、Br、I)是一種新型的具有層狀正方氟氯鉛礦(PbFCl)結(jié)構(gòu)的高活性半導(dǎo)體光催化材料，表現(xiàn)出很多優(yōu)異的性能:光催化活性高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、原料易得、制備方法簡(jiǎn)單、環(huán)境毒性小、可吸收太陽(yáng)光等，其特殊的鉍氧層與鹵原子之間的內(nèi)在電場(chǎng)結(jié)構(gòu)能夠有效促進(jìn)電子-空穴對(duì)的分離，因此，近年來(lái)引起人們的廣泛而深入的研究。由于BiOCl禁帶寬度大，只對(duì)紫外光（太陽(yáng)光中含量低于4％）有響應(yīng)，太陽(yáng)光利用率低;雖然BiOI可以被可見(jiàn)光激發(fā)，但是其光穩(wěn)

2、定性較差。BiOBr的禁帶寬度在2.64-2.91 eV之間，在近紫外和可見(jiàn)光光區(qū)都有吸收，具有潛在的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，如何通過(guò)改善BiOBr的組成、結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)一步提高其太陽(yáng)光利用率、光催化性能，是目前研究的重點(diǎn)。
　　本文以水解法為基礎(chǔ)，采用光還原法和以檸檬酸為輔助劑改進(jìn)的光還原法分別制得了貴金屬Ag負(fù)載型Ag/BiOBr和Ag/BiOBr0.5Cl0.5光催化劑。采用X-射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X-射線能譜分析

3、(EDS)、X-射線光電子能譜(XPS)及紫外-可見(jiàn)漫反射光譜(UV-Vis DRS)等手段對(duì)合成的光催化劑的性質(zhì)和形貌進(jìn)行了表征，并以模擬太陽(yáng)光、可見(jiàn)光為光源，以甲基橙、羅丹明B、苯酚為模型被降解有機(jī)污染物，考察了催化劑的光催化活性、循環(huán)使用性、光催化活性物種，探討了光催化機(jī)理等，主要研究結(jié)果如下:
　　(1)所制得的Ag/BiOBr納米顆粒由直徑約為20 nm的納米片堆積而成，且結(jié)晶度好、純度高、呈四方晶形。表面沉積的金屬Ag

4、經(jīng)檢測(cè)以金屬態(tài)存在;且沉積Ag后，對(duì)樣品的形貌無(wú)明顯影響，但樣品的可見(jiàn)光吸收增強(qiáng)，在480 nm處出現(xiàn)金屬Ag納米粒子的等離子體共振吸收峰。此外用檸檬酸輔助改進(jìn)光還原法制得的樣品的可見(jiàn)光吸收強(qiáng)度比用光還原法略高。
　　(2)通過(guò)光催化降解實(shí)驗(yàn)考察制備條件對(duì)Ag/BiOBr-2光催化活性的影響，得出Ag/BiOBr-2的最佳制備條件為:載銀量為2wt％，光還原時(shí)間為45 min，光還原反應(yīng)溶液的pH值為3;在此條件下制得的Ag/Bi

5、OBr-2光催化劑具有很高的光催化活性及穩(wěn)定性。捕獲劑實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步表明Ag/BiOBr-2光催化氧化過(guò)程中的反應(yīng)活性物種主要是空穴(h+)和超氧自由基(·O2-)。
　　(3)將貴金屬Ag用上述方法沉積到BiOBr0.5Cl0.5復(fù)合催化劑上，表征結(jié)果顯示這種催化劑具有很高的純度與結(jié)晶度，由Bi、O、Br、Cl、Ag組成，表面沉積的金屬Ag經(jīng)檢測(cè)以金屬態(tài)存在;且沉積Ag后，對(duì)樣品的形貌無(wú)明顯影響，但樣品的可見(jiàn)光吸收增強(qiáng)，在500

6、 nm附近出現(xiàn)顯著的金屬Ag納米粒子的等離子體共振吸收。此外，用檸檬酸輔助改進(jìn)光還原法制得的樣品的可見(jiàn)光吸收強(qiáng)度比用光還原法略高。
　　(4)所制得的沉積量為1wt％的Ag/BiOBr0.5Cl0.5納米催化劑在可見(jiàn)光下表現(xiàn)出較高的光催化降解甲基橙、羅丹明B活性和穩(wěn)定性，在模擬太陽(yáng)光下具有優(yōu)異的降解苯酚性能，說(shuō)明此催化劑不具有選擇性。捕獲劑實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步表明Ag/BiOBr0.5Cl0.5光催化氧化過(guò)程中的反應(yīng)活性物種主要是空穴(

7、h+)和超氧自由基(·O2-)。
　　(5)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與表征分析，推測(cè)了光催化機(jī)理，我們推測(cè)了光催化機(jī)理，半導(dǎo)體表面金屬態(tài)的Ag納米粒子可以作為電子陷阱俘獲光生電子，促進(jìn)半導(dǎo)體材料(BiOBr、BiOBr0.5Cl0.5)上光生電子-空穴對(duì)的分離;而且，金屬Ag與半導(dǎo)體材料界面之間形成的肖特基勢(shì)壘，也會(huì)延長(zhǎng)光生載流子的壽命;此外，貴金屬Ag的等離子體共振吸收有利于增強(qiáng)催化劑的入射光利用率，進(jìn)一步提高光催化活性。
　　以上研