BiOBr复合材料的可控构筑及其在光催化中的应用

发布时间：2020-03-18 06:12

【摘要】：光催化污染物降解技术是一种以太阳光为驱动力,通过产生的高活性自由基与污染物发生氧化还原反应,将大分子有机物矿化为无机物的环境修复技术。具有高效、无二次污染、成本低廉且易于后期处理等特点。然而,传统光催化剂二氧化钛(TiO_2)仅能在紫外光下被激发,对于太阳光中占多数的可见光并无响应能力。这无疑会增加工业应用的成本和操作难度,从而限制其在光催化领域的实际应用。因此,开发能宽光谱响应、性质稳定、性能优异并能高效地实现光能转化的新型光催化剂尤为重要。溴化氧铋(BiOBr)半导体材料具有响应可见光,易于合成且结构稳定的特点。晶体结构的层状分布特点使得其光生载流子迁移率高,因而成为光催化领域中的研究热点。然而,同大多数光催化剂一样,BiOBr单体对于可见光的利用率依旧不高,并且其光生电子-空穴(e~--h~+)对易发生复合,最终导致光催化性能低。本论文分别采用铁酸盐纳米颗粒和导电聚合物与BiOBr进行复合,改善BiOBr界面催化能力和载流子迁移效率,从而优化BiOBr光催化降解污染物的路径,达到增强其光催化活性的目的。主要的研究内容如下:1.构筑固-液界面的原位类Fenton体系以提升BiOBr半导体材料的光催化性能。在合成BiOBr的过程中调控溶液pH(pH=1、3和7)得到三种不同酸刻蚀程度的Co_xFe_yO_4-BiOBr复合材料。研究发现,经酸刻蚀后的Co_xFe_yO_4纳米颗粒具有较高的光Fenton催化活性,能高效地促进转化BiOBr原位生成的双氧水(H_2O_2),生成更多的活性含氧自由基(ROSs)从而提升复合物的光催化性能。以双酚A(BPA)为目标污染物考察材料的光催化性能,在pH=3的条件下得到了性能最佳的复合物,并初步探究其可能的光催化机理。2.以NiFe_2O_4为前驱体,通过调控复合材料合成过程中溶液的pH,得到不同Ni/Fe摩尔比Ni_xFe_yO_4-BiOBr复合物,并考察其光催化性能。结果表明复合物表面的Ni_xFe_yO_4同样能促进ROSs的生成,从而提升材料的光催化性能。进一步分析其光催化降解BPA过程的机理,并证明这种固-液界面原位类Fenton系统构筑的普适性。3.利用导电聚合物聚噻吩(PTh)对太阳光的宽谱响应以及导电特性,建立PTh和BiOBr之间的高效e~-转移界面,得到PTh-BiOBr复合材料。研究发现,引入具有π-π~*共轭效应的PTh,可拓宽BiOBr的吸光范围,并改善e~--h~+分离效率,有效增强活性物质的生成能力,可见光下BPA降解率最佳的复合物相比单体能提升34%。本文通过简单的合成方法制备绿色高效的光催化剂,为环境修复提供了一个更为简洁的方法,同时为光催化剂的修饰改性提供了新的思路。
【图文】：

示意图,催化作用机理,半导体光催化剂,示意图

不同的半导体材料具有不同的Eg值。光催化的大致机理如图1.1所示。图1.1 半导体光催化剂的催化作用机理示意图Figure 1.1 Photocatalysis theory of a semiconductor

示意图,晶体结构,示意图,催化材料

催化材料催化剂概述晶型结构，具有卤化氧铋半导体材料共有的原子层交联组成的层状结构（如图 1.2 所示[迁移率，有利于实现两者的分离。BiOBr 光催g=2.64-2.91 eV[39]）、稳定的化学性质以及廉性能而颇受广大研究者的欢迎。然而 BiOB缺陷，，导致其光催化效率不高。因此，对 Bi材料对于可见光的响应范围，提升光能转化还原反应。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TB33

【参考文献】