BiOBr的合成、改性及光催化性能研究

发布时间：2020-07-24 12:53

【摘要】：光催化技术能够利用光激发半导体材料分解水和氧化水中污染物,具有可再生能源替代和环境保护的巨大应用前景。为了有效利用清洁丰富的太阳能,寻求在可见光下响应的高效光催化剂成为研究热点。可见光响应型催化剂的实际应用,对解决现有的能源短缺和环境污染问题具有重要的意义。本文采用共沉淀方法合成催化剂,选取BiOBr催化剂为核心,对其进行设计改性,以设计成为在可见光下具有高催化活性的光催化剂为目的,进行系列了研究。主要研究内容如下:(1)采用简单的共沉淀方法合成BiOBr,对其进行非金属离子掺杂和金属离子掺杂,分别合成了BiOBr_xCl_(1-x)和BF复合物,并将Cl~-和Fe~(3+)不同添加量对BiOBr光催化性能影响进行了探究。通过XRD、SEM、UV-vis等方法对材料进行表征,系统分析了离子掺杂提升BiOBr光催化性能的原因。光催化测试结果表明:在可见光下降解甲基橙溶液,BiOBr_(0.5)Cl_(0.5)和BF-10%经过4 h光照后,降解率分别为95.81%和98.90%。(2)采用一步法构筑BiOBr/CeO_2异质结。通过XRD、UV-vis、BET等方法进行表征,结果表明复合材料形成了异质结。BiOBr/CeO_2拓宽了BiOBr的吸收边和增大了比表面积。异质结结构的存在加快了光生电子-空穴的分离,加快了光催化降解。在降解甲基橙的实验中,BC-20%在可见光下,120 min光照内,降解率达到98.19%,是纯BiOBr降解率的2倍,光催化活性明显提高。(3)以NaBH_4作为还原剂,将贵金属离子还原,制备了贵金属负载BiOBr的系列复合物。采取现代表征手段XRD、TEM、UV-vis等,对不同贵金属种类改性对BiOBr光催化性能的影响进行了探究,并选取贵金属Pd,探究了负载量对性能的影响。结果表明贵金属纳米颗粒成功地沉积在BiOBr上。贵金属/BiOBr加速了光生载流子地分离,提高了反应活性。光催化测试结果表明,在可见光下,经过150 min光照后可实现对甲基橙溶液地完全降解,并且具有良好的循环稳定性。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O643.36;O644.1;X703
【图文】：

半导体光催化,反应过程

[13]。图1-1 半导体光催化反应过程半导体光催化的基本原理[14,15]，如上图1-1所示，主要是：当半导体催化剂受到大于或等于其禁带宽度的光照时，吸收光能被激发，电子被激发形成高能活性电子（e-），而价带产生带正电的空穴（h+）。其中电子（e-）利用本身的强还原能力，可以溶解水中的氧气（O2）得到超氧自由基（ O2-），或者是发生某些反应生成羟基自由基（ OH），两种基团均可实现对污染物的降解。同时，空穴（h+）也可利用本身的强氧化能力

太阳光,燕山大学,响应范围,学位论文

燕山大学工学硕士学位论文化技术存在的问题术作为国际上研究活跃的领域之一，目前主要存在的问题即光催化剂对太阳光的响应范围窄，大多以汞灯为光源太阳光 5%，对占太阳光 46%的可见光和 49%的近红外光 1-2 所示[29]；2、太阳光量子效率低，即载流子易发生复解性能差。

示意图,离子掺杂,能带结构,示意图

燕山大学工学硕士学位论文表示的物理意义为：半导体光催化材料所响应的波长是由其本身的禁带宽度决定的[13]。通过调节其禁带宽度，可使材料吸收更多的可见光。改变半导体的禁带宽度可以通过离子掺杂方式。离子掺杂是指将不同元素掺杂在一起，使其可以部分取代或者填充在半导体催化剂材料的晶格中，使催化剂产生晶格缺陷，也会改变催化剂材料的结晶性。离子掺杂主要分为非金属和金属两类。通过非金属、金属离子掺杂分别会在价带和导带附近产生一个新的能级，称为杂质能级，如图 1-3 所示。杂质能级的产生可以增大载流子的浓度，调节带隙，最终达到提升光催化性能的效果。

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