碘化氧铋复合材料的制备及对有机污染物光降解性能研究

发布时间：2020-04-11 04:44

【摘要】：随着工业化和社会发展不断加快,由有机污染物造成的环境污染问题已成为世界各国亟待解决的难题。光催化技术作为一种经济、绿色和高效的水污染处理技术,受到人们的广泛关注。近年来,研究者们一直致力于开发可见光活性的光催化剂,其中,碘化氧铋(BiOI)因为其独特的层状结构、绿色环保、高光催化性能等特点而被广泛研究。但是,纯的BiOI较低的量子产率和较高的光生电子空穴对复合效率限制了其在降解水中有机物方面的实际应用,因此,本论文将三种半导体材料分别与BiOI进行复合,构建了三种p-n异质结,并探究了其在可见光照射下对有机污染物的光降解性能,工作内容如下:1.采用水浴法成功制备了由纳米片组装而成的三维(3D)花型的CdWO_4/BiOI p-n异质结,探究了CdWO_4对复合材料的形貌、结构、光学性质和光催化性能的影响。结果表明,CdWO_4可以改变BiOI的生长方向,而且,这种特殊的3D花型结构可以增加其比表面积。选择罗丹明B(RhB)作为光催化降解实验的目标污染物,实验结果表明,与纯的BiOI和CdWO_4相比,CdWO_4/BiOI p-n异质结的构成能够很好地提高其光催化活性,光生电子空穴对得到有效的抑制。2.采用水热法成功制备了3D花型的CeO_2/BiOI p-n异质结,实验中使用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为表面活性剂来控制样品的形貌,并对合成的复合光催化剂进行表征。结果表明,CeO_2成功负载在BiOI的表面,而且,CeO_2并没有改变BiOI的形貌。光降解实验结果表明,CeO_2/BiOI复合光催化剂在可见光下对RhB、甲基橙(MO)具有良好的光催化活性,而对苯酚的降解效率较低,当CeO_2的含量为15%时,复合材料的光催化活性达到最大,光催化活性的提高主要归功于CeO_2和BiOI之间的协同作用,促进了光生电子和空穴的分离。3.采用化学沉淀法成功制备了三种不同形貌的BiOI,扫描电镜(SEM)分析结果表明,溶剂的改变可以控制BiOI的形貌,从而得到具有高比表面积的3D结构的BiOI。为了进一步提高BiOI的光催化活性,我们采用微波法成功合成了Bi_2WO_6/BiOI p-n异质结,并对其进行表征,结果表明,在一定条件下,BiOI可以转化成Bi_2WO_6,而且,一定量的Bi_2WO_6的形成大大增加了样品的比表面积。实验选取了MO和双酚A(BPA)作为光催化的目标有机污染物。结果表明,在三种BiOI中,用乙二醇作为溶剂合成的BiOI-3的光催化活性是最强的,而在制备的所有样品中,BWOI-3对MO和BPA的降解能力最强。
【图文】：

示意图,半导体材料,原理,示意图

导带和价带之间的能级差为禁带，其大小称为带隙能量或禁带宽度，，通常用 Eg 表示。如图1.1 所示，当照射在半导体材料表面上的光的能量大于或等于其禁带宽度时，价带上的电子（e-）会受到激发跃迁至导带上，同时在价带上会留下相同数目的光生空穴（h+），光生电子具有很强的还原性，光生空穴具有很强的氧化性，从而形成了具有强氧化还原性质的光生电子空穴对，这些光生电子空穴对会转移至光催化剂的表面发生氧化还原反应，达到降解水中有机污染物的目的，然而在转移的同时会有部分的电子和空穴复合，进而影响半导体光催化剂的催化效率。图 1.1 半导体材料光催化降解有机污染物的原理示意图1.3 铋系光催化剂研究现状随着半导体光催化技术被人们日益关注，一些新型的可见光活性的半导体材

示意图,晶体结构,示意图,卤素离子

由于其在可见光下对有机污染物具有高效的降的广泛关注。（BiOI）光催化剂构= Cl, Br, I）是一种 V-VI-VII 族的 p 型半导体材料和双卤素离子 X-交替排列构成，属于四方型氟氯图 1.2 所示[20]。从图中可以看出，在[Bi2O2]2+层在该层构建了内建电场[21]，促进了光生电子和光化性能。在 BiOX 中，BiOI 的禁带宽度最小，约最强[22]，因此，我们针对 BiOI 探究了它的结构
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TB33

【参考文献】