卤氧化铋及复合材料的制备与光催化性能研究

发布时间：2017-10-23 02:14

  本文关键词：卤氧化铋及复合材料的制备与光催化性能研究

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【摘要】：目前,半导体光催化技术已经成为去除生活环境中有机污染物的有效手段之一,在环境治理领域有着潜在的应用前景。其中,二氧化钛(TiO_2)光催化剂具有化学稳定性强、无毒无害和成本低等优点,被广泛关注。但是TiO_2的禁带宽度较大(锐钛矿3.2 eV和金红石3.0 eV),只能响应紫外光,有着太阳能利用率低和量子产率低的缺点,限制了在生产和生活中的实际应用。为了能够更加高效的利用太阳能,寻找活性高的光催化剂材料是光催化研究的必然趋势。卤氧化铋(BiOX,X=Cl、Br、I)是一类三元氧化物的半导体材料。BiOX具有良好的光吸收性能和光稳定性,同时有着间接跃迁模式和特殊的Cl-[Bi_2O_2]~(2+)Cl~-的层状晶体结构,这些特点有利于电子和空穴的快速分离和电荷转移,使它们具有较高的光催化活性。为进一步提高其光催化性能,本论文通过形貌调控、Bi纳米颗粒修饰、构建BiOX/半导体异质结、掺杂等手段,制备了一系列高性能的BiOX及复合光催化材料,研究了制备条件对光催化性能的影响规律,探讨了电子-空穴对的产生和分离过程、主要活性物种、稳定性等,给出了卤氧化铋的光催化活性增强的可能机制。本论文主要包括如下几个方面的研究:(1)采用燃烧法成功制备了BiOCl片状光催化剂。与其他方法相比,燃烧法具有反应时间短、设备要求低、加热速度快和能源消耗低的优点。结果表明,通过改变NH_4Cl的用量可以调控BiOCl片层的厚度和BiOCl的禁带宽度,制备了(001)活性晶面暴露比例高的BiOCl,提高了其光催化性能。(2)采用一步燃烧法成功制备了Bi/BiOCl复合材料。制备过程中以柠檬酸为燃料,实现了铋离子的还原。所制备的Bi/BiOCl复合材料具有优异的可见光催化活性。这是因为制备过程中由于周围的还原环境而产生了氧空位,减小了BiOCl的禁带宽度,增加了对可见光的吸收;另外,单质铋可以捕获BiOCl中的光生电子,提高了电子和空穴的分离效率,从而提高了光催化性能。(3)采用一步水热法,通过控制水热过程中乙醇的用量,得到了具有不同单质铋含量的Bi/BiOBr复合材料。所制备的Bi/BiOBr不仅具有优异的可见光催化性能,还具有良好的稳定性。这是因为制备过程中由于周围的还原环境而产生了氧空位,减小了BiOBr的禁带宽度,增加了对可见光的吸收;另外,单质铋可以捕获BiOBr中的光生电子,提高了电子和空穴的分离效率,从而提高了光催化性能。(4)采用一步燃烧法制备了AgCl/BiOCl异质结光催化材料。通过燃烧法成功构建了AgCl与BiOCl的异质结构,具有优异的光催化活性。AgCl/BiOCl异质结能够有效抑制光生电子-空穴对的复合,增强了材料的光催化活性。(5)采用简单的酸处理法制备了BiPO_4/BiOBr异质结光催化材料。酸处理过程中,部分BiOBr与H_3PO_4反应生成了BiPO_4,最终得到了BiPO_4/BiOBr异质结构。所制备的BiPO_4/BiOBr异质结有优异的光催化活性。这是因为BiPO_4/BiOBr能够有效一致光生电子-空穴对的复合,增强了材料的光催化活性。(6)采用燃烧法制备了Fe~(3+)掺杂的BiOCl光催化材料。结果表明,Fe~(3+)代替Bi~(3+)进入BiOCl晶格,引入杂质能级,减小了BiOCl的禁带宽度,使其能吸收可见光。此外,Fe~(3+)能捕获电子和空穴,提高了电子和空穴的分离效率。这些原因导致了所制备光催化材料具有优异的可见光催化性能。(7)采用燃烧法制备了Eu~(3+)掺杂的BiOCl光催化剂。与纯BiOCl相比,掺杂后,Bi1-xEuxOCl具有优异的紫外光催化性能。结果表明,Eu~(3+)代替Bi~(3+)进入BiOCl晶格,引入杂质能级,BiOCl的禁带宽度减小,使其光吸收能力增强。此外,Eu~(3+)能捕获电子,提高了电子和空穴的分离效率。
【关键词】：BiOX 光催化 异质结 掺杂 燃烧法
【学位授予单位】：聊城大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 前言10-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究背景11
• 1.2 光催化技术11-13
• 1.3 BiOX光催化材料13-15
• 1.4 BiOX光催化材料的改性方法15-18
• 1.5 论文选题目的和意义18-20
• 第二章 BiOCl的燃烧法制备及其光催化性能研究20-28
• 2.1 引言20
• 2.2 实验部分20-22
• 2.3 结果与讨论22-27
• 2.4 小结27-28
• 第三章 Bi/BiOCl的燃烧法制备及其光催化性能研究28-38
• 3.1 引言28-29
• 3.2 实验部分29-31
• 3.3 结果与讨论31-37
• 3.4 小结37-38
• 第四章 Bi/BiOBr的水热法制备及其光催化性能研究38-47
• 4.1 引言38
• 4.2 实验部分38-40
• 4.3 结果与讨论40-46
• 4.4 小结46-47
• 第五章 AgCl/BiOCl复合材料的制备及其光催化性能研究47-53
• 5.1 引言47
• 5.2 实验部分47-49
• 5.3 结果与讨论49-52
• 5.4 小结52-53
• 第六章 BiPO_4/BiOBr复合材料的制备及其光催化性能研究53-63
• 6.1 前言53
• 6.2 实验部分53-55
• 6.3 结果与讨论55-62
• 6.4 小结62-63
• 第七章 Bi_(1-x)Fe_xOCl的制备及其光催化性能研究63-71
• 7.1 引言63
• 7.2 实验部分63-65
• 7.3 结果与讨论65-71
• 第八章 Bi_(1-x)Eu_xOCl的制备及其光催化性能研究71-80
• 8.1 引言71
• 8.2 实验部分71-73
• 8.3 结果与讨论73-79
• 8.4 小结79-80
• 第九章 论文的主要结论、创新点及进一步研究的建议80-83
• 9.1 论文的主要结论80-81
• 9.2 论文的创新点81
• 9.3 进一步建议81-83
• 参考文献83-93
• 致谢93-94
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文94-95

【参考文献】

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本文编号：1081141