晶面可控的BiOCl纳米材料的合成及其光催化性能研究

发布时间：2018-05-20 02:23

  本文选题：晶面调控 + 设计与合成　； 参考：《安徽师范大学》2015年硕士论文

【摘要】：环境问题与能源问题是当今社会面临的两大难题,半导体光催化技术在环境污染控制和新能源开发领域具有极好的应用前景,而高效、高稳定性的半导体光催化剂的开发则是光催化领域的研究重点。对半导体光催化剂暴露晶面的有效调控是提高其光催化活性的重要途径。本论文中,我们主要研究了晶面可控的BiOCl纳米材料的合成及光催化性能。具体研究内容如下:1.采用水热法,通过调节HCl的浓度合成了暴露(001)晶面的Bi OCl纳米薄片。随HCl浓度的增加,暴露(001)晶面的BiOCl纳米片的厚度从7 nm逐渐增加到200 nm。HCl浓度为8 mmol/L时得到厚度约为7-15 nm的BiOCl纳米薄片。随着BiOCl纳米薄片的厚度逐渐减小,其光催化活性逐渐增强,主要原因是:随着BiOCl纳米片厚度减小,在BiOCl[001]方向自诱导内电场作用下,光生电子或空穴向(001)面扩散的距离变短,从而使光生电子-空穴对的分离与传递速率增大;此外,较薄的BiOCl纳米片具有较大的比表面积,有利于对罗丹明B分子的吸附,从而增强BiOCl的光敏化作用。2.利用葡萄糖作为结构导向剂,水热合成一维BiOCl纳米材料。这种结构由暴露(001)晶面的BiOCl纳米薄片沿着[001]方向自组装堆积而成,从而导致组装后的一维BiOCl纳米材料暴露(110)晶面。光催化性能研究显示,催化剂表现出明显的晶面依赖的光催化活性,(001)晶面的催化活性明显高于(110)晶面。这项工作为设计合成晶面可控的半导体催化剂提供了一个简单有效的方法。3.对上文合成的暴露(110)晶面的一维BiOCl纳米材料高温煅烧,得到一维BiOCl/Bi4O5Cl2异质结构。采用XRD、SEM、TEM、TG、XPS和UV-Vis等对产物的组成、结构、形貌及光学性能进行了表征。光催化实验结果表明,暴露晶面和异质结的形成都对催化活性有重要的影响作用。当复合材料中含有少量或过量的Bi4O5Cl2时,晶面对催化活性的影响强于异质结,而当复合材料中含有适量的Bi4O5Cl2时,异质结对催化活性的影响起主要作用。自由基捕获实验表明,BiOCl/Bi4O5Cl2异质结在催化过程中起主要作用的反应活性物种是?O2-和h+。
[Abstract]:Environmental problems and energy problems are two major problems facing the society today. Semiconductor photocatalytic technology has an excellent application prospect in the field of environmental pollution control and new energy development. The development of high stability semiconductor photocatalyst is the focus of photocatalysis. It is an important way to improve the photocatalytic activity of semiconductor photocatalyst by effectively controlling the exposed crystal surface. In this thesis, we mainly studied the synthesis and photocatalytic properties of BiOCl nanomaterials with controllable crystal surface. The specific contents of the study are as follows: 1. Bi OCl nanocrystals with exposed surface were synthesized by hydrothermal method by adjusting the concentration of HCl. With the increase of HCl concentration, the thickness of BiOCl nanocrystals on the exposed surface increased from 7 nm to 8 mmol/L at 200 nm.HCl concentration, and the thickness of BiOCl nanocrystals was about 7-15 nm. With the decrease of the thickness of BiOCl nanocrystals, the photocatalytic activity increases gradually. The main reason is that with the decrease of the thickness of BiOCl nanocrystals, the diffusion distance of photogenerated electrons or holes to the surface of BiOCl [001] becomes shorter under the action of self-induced internal electric field in the direction of BiOCl [001]. Therefore, the separation and transfer rate of photogenerated electron-hole pairs are increased, and the thin BiOCl nanoparticles have a larger specific surface area, which is favorable to the adsorption of Rhodamine B molecules, thus enhancing the Guang Min reaction of BiOCl. 2. One dimensional BiOCl nanomaterials were synthesized by hydrothermal method using glucose as structural guide. The structure is composed of BiOCl nanocrystalline wafers with exposed surface (001) and self-assembled along [001] direction, which leads to the exposure of one-dimensional BiOCl nanomaterials to the crystal plane (110). The photocatalytic properties of the catalyst show that the catalytic activity of the crystal surface is obviously higher than that of the crystal surface. This work provides a simple and effective method for designing and synthesizing semiconductor catalysts with controllable crystal face. One-dimensional BiOCl/Bi4O5Cl2 heterostructures were obtained by calcination of one-dimensional BiOCl nanomaterials with exposed crystal planes above. The composition, structure, morphology and optical properties of the products were characterized by XRDX, SEM, TGX and UV-Vis. The results of photocatalytic experiments show that both the exposed crystal plane and the formation of heterojunction have an important effect on the catalytic activity. When there is a little or too much Bi4O5Cl2 in the composite, the effect of the crystal on the catalytic activity is stronger than that on the heterojunction, but when the composite contains a proper amount of Bi4O5Cl2, the heterogeneity plays a major role in the influence of the catalytic activity. Free radical trapping experiments show that the reactive species of BiOCl-Bi4O5Cl2 heterojunction play a major role in the catalytic process are O _ 2- and h.
【学位授予单位】：安徽师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.36;TB383.1

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本文编号：1912777