铋基异质结光催化剂的合成及其可见光催化性能研究

发布时间：2017-10-26 17:31

  本文关键词：铋基异质结光催化剂的合成及其可见光催化性能研究

  更多相关文章： 超声 离子液体 异质结 光催化

【摘要】：随着工业的发展,全球环境污染越来越严峻。目前,光催化技术已应用于解决环境污染问题。然而传统的半导体光催化剂,如TiO_2,其带隙较宽,只能够利用太阳光中7%的紫外光。因此,传统的光催化材料已经不能满足实际光催化应用的需要,故开发新型的可见光催化剂显得尤为重要。目前一些新型的单一半导体光催化材料由于其电子和空穴分离效率低,仍不具有较高的可见光催化活性。基于以上问题,本文利用离子液体辅助超声的方法通过控制反应物的用量合成了一系列的具有高效光催化活性的铋基异质结光催化剂。具体研究内容如下:(1)在室温下利用离子液体辅助超声的方法合成BiOI/BiOCl异质结光催化剂。简单的改变[EMIM]I的用量,就能得到具有不同形貌结构的BiOI/BiOCl复合物。实验结果表明,当加入[EMIM]I的用量为40%时所制的BiOI/BiOCl光催化剂,在可见光下对罗丹明B(RhB)和喹啉蓝(QB)具有很好的光催化效果。同时,第一性原理也被应用于研究BiOI/BiOCl复合物的表面电子结构,以此来说明表面电子结构对光催化性能的影响。(2)在室温下利用离子液体辅助超声法一步合成了m-BiVO_4/BiOCl。通过简单的改变[BMIM]Cl用量,合成了一系列的m-BiVO_4/BiOCl复合材料。对样品的晶相进行了表征,包括XRD,XPS,EDS等;通过SEM和TEM观测了样品的形貌。在可见光和太阳光下催化降解RhB来测定样品的光催化活性,结果表明所制备的m-BiVO_4/BiOCl具有很好的光催化活性和稳定性且提出了可能的光催化机理。(3)在室温下通过离子液体辅助超声的方法合成了Bi_2WO_6/BiOCl光催化剂。通过对比实验发现[BMIM]Cl离子液体对合成Bi_2WO_6/BiOCl具有重要作用。利用可见光和太阳光下催化降解RhB和QB测定了其光催化活性。结果表明所合成的Bi_2WO_6/BiOCl具有较高光催化活性和稳定性,并提出了一种可能的光催化机理。(4)利用离子液体辅助超声法在室温下制备了BiVO_4/Bi_xO_yI异质结光催化剂。实验结果表明不同反应时间和反应物用量均对产物的形成具有重大的影响。当反应时间增长或[EMIM]I用量的增加,产生了Bi_2O_3杂峰。BiVO_4/Bi_5O_7I的光催化活性研究表明其在可见光下对RhB和QB都具较高的降解效果。
【关键词】：超声 离子液体 异质结 光催化
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;O644.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第1章 综述11-22
• 1.1 引言11
• 1.2 光催化的基本原理11-12
• 1.3 异质结光催化剂的基本光催化原理12-13
• 1.4 异质结的优势与选择13
• 1.5 异质结光催化剂的种类13-16
• 1.5.1 金属/半导体异质结光催化剂13-14
• 1.5.2 半导体/半导体异质结光催化剂14-15
• 1.5.3 分子/半导体异质结光催化剂15
• 1.5.4 多功能异质结光催化剂15-16
• 1.6 制备方法16-18
• 1.6.1 水（溶剂）热合成法16
• 1.6.2 溶胶-凝胶合成法16
• 1.6.3 球磨法16-17
• 1.6.4 超声波法17
• 1.6.5 化学共沉淀法17-18
• 1.6.6 其他合成方法18
• 1.7 离子液体简介18-19
• 1.8 现有问题及挑战19
• 1.9 本文选题意义及主要的研究内容19-22
• 第2章 离子液体辅助超声法合成高光催化活性的BiOI/BiOCl复合材料22-36
• 2.1 前言22
• 2.2 实验仪器及实验药品22-23
• 2.2.1 实验仪器22-23
• 2.2.2 实验药品23
• 2.3 BiOI/BiOCl复合材料的合成及表征23-25
• 2.3.1 BiOI/BiOCl复合材料的制备23-24
• 2.3.2 样品的表征测试方法24
• 2.3.3 样品光催化性能测试24-25
• 2.4 结果与讨论25-35
• 2.4.1 样品的XRD表征分析25
• 2.4.2 样品的XPS和EDS表征分析25-26
• 2.4.3 样品的形貌分析26-28
• 2.4.4 样品的紫外-可见漫反射光谱分析28
• 2.4.5 样品的比表面积和孔径分析28-30
• 2.4.6 吸附作用和光催化活性30-32
• 2.4.7 BiOI/BiOCl复合材料的能带结构32-33
• 2.4.8 光催化机理33-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 高光催化活性m-BiVO_4/BiOCl复合材料的室温一步法快速合成36-49
• 3.1 前言36-37
• 3.2 实验仪器与实验药品37
• 3.2.1 实验仪器37
• 3.2.2 实验药品37
• 3.3 m-BiVO_4/BiOCl复合材料的合成及表征37-38
• 3.3.1 m-BiVO_4/BiOCl复合材料的制备37-38
• 3.3.2 样品的表征测试方法38
• 3.3.3 样品光催化性能测试38
• 3.4 结果与讨论38-48
• 3.4.1 样品的XRD表征分析38-39
• 3.4.2 样品的XPS和EDS表征分析39-40
• 3.4.3 样品的形貌表征分析40-42
• 3.4.4 样品的紫外-可见漫反射光谱分析42-43
• 3.4.5 样品的比表面积和孔径分析43-45
• 3.4.6 样品的光催化活性45-46
• 3.4.7 光催化机理46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 Bi_2WO_6/BiOCl复合材料的制备表征及其光催化性能的研究49-63
• 4.1 前言49-50
• 4.2 实验仪器及实验药品50
• 4.2.1 实验仪器50
• 4.2.2 实验药品50
• 4.3 Bi_2WO_6/BiOCl复合材料的合成及表征50-51
• 4.3.1 Bi_2WO_6/BiOCl复合材料的制备50-51
• 4.3.2 样品的表征测试方法51
• 4.3.3 样品的光催化性能测试51
• 4.4 结果与讨论51-62
• 4.4.1 样品的XRD表征分析51-53
• 4.4.2 红外光谱分析53-54
• 4.4.3 样品的形貌结构分析54-55
• 4.4.4 样品的XPS和EDS分析55-56
• 4.4.5 样品的紫外-可见漫反射光谱分析56-57
• 4.4.6 样品的比表面积和孔径分析57-58
• 4.4.7 样品的光催化活性58-60
• 4.4.8 光催化机理60-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 室温可控合成BiVO_4/Bi_xO_yI异质结光催化剂63-75
• 5.1 前言63
• 5.2 实验仪器及实验药品63-64
• 5.2.1 实验仪器63
• 5.2.2 实验药品63-64
• 5.3 BiVO_4/Bi_xO_yI复合材料的合成及表征64-65
• 5.3.1 不同反应物用量合成BiVO_4/Bi_xO_yI复合材料64
• 5.3.2 不同反应时间合成BiVO_4/Bi_xO_yI复合材料64-65
• 5.3.3 样品的表征测试方法65
• 5.3.4 样品的光催化性能测试65
• 5.4 结果与讨论65-74
• 5.4.1 样品的XRD表征分析65-67
• 5.4.2 样品的形貌分析67-70
• 5.4.3 样品的XPS和EDS分析70-71
• 5.4.4 样品的紫外-可见漫反射光谱分析71-72
• 5.4.5 样品的光催化活性72-73
• 5.4.6 参与光催化反应的主要活性物种73-74
• 5.5 本章小结74-75
• 第6章 总结与展望75-77
• 6.1 总结75-76
• 6.2 展望76-77
• 参考文献77-85
• 致谢85-86
• 攻读硕士期间发表的学术论文86-87
• 个人简介87

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;光催化剂及其应用[J];大众标准化;2002年10期

2 ;纳米固体光催化剂[J];机电设备;2003年05期

3 ;炭与TiO_2光催化剂的复合及协同作用研究进展[J];中国光学与应用光学文摘;2004年06期

4 唐剑文;吴平霄;叶代启;党志;曾少雁;刘云;王菲菲;谢先法;;钛柱撑膨润土光催化剂的制备及其催化性能的研究[J];地质学报;2006年04期

5 王勇;张军;杨青林;郭林;嵇天浩;邓元;江雷;;炭与TiO_2光催化剂复合研究进展[J];材料导报;2006年S2期

6 刘子全;;磁载TiO_2光催化剂的进展[J];长春理工大学学报(高教版);2007年01期

7 李景印;韩忠宵;李朝阳;王辉;李子成;;碳纳米管改性TiO_2光催化剂的制备及性能[J];化学研究;2008年01期

8 孙杨;李晓丹;杨梅;邵忠财;苏会东;洪营;;TiO_2光催化剂的研究进展[J];渤海大学学报(自然科学版);2008年02期

9 罗磊;李志光;涂飞跃;李琼;;TiO_2光催化剂的负载技术研究进展[J];化工科技;2008年04期

10 臧丹炜;杨亚君;;纳米TiO_2光催化剂的制备及应用[J];天津化工;2009年05期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 朱永法;;高能效高活性光催化剂的研究[A];第六届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2009年

2 陈红霞;;光催化剂的制备及其应用[A];第七届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2010年

3 周秀文;;纳米级TiO_2光催化剂的性能及应用前景[A];四川省环境科学学会2003年学术年会论文集[C];2003年

4 传秀云;;纳米组装天然多孔矿物作为TiO_2光催化剂载体应用研究[A];2004年全国太阳能光化学与光催化学术会议论文集[C];2004年

5 传秀云;;天然多孔矿物作为TiO_2光催化剂载体应用研究[A];中国矿物岩石地球化学学会第十届学术年会论文集[C];2005年

6 杨海峰;张苹;曹阳;;TiO_2光催化剂改性的研究进展[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年

7 何雨洋;王家强;;以生物粉末为模板制备高效TiO_2光催化剂[A];第十五届全国分子筛学术大会论文集[C];2009年

8 吴保朝;丁正新;付贤智;员汝胜;;TiO_2/M_xO_y/SiO_2纤维态光催化剂的制备及催化性能研究[A];第七届全国催化剂制备科学与技术研讨会论文集[C];2009年

9 刘秀华;;贵金属元素掺杂TiO_2光催化剂[A];中国工程物理研究院科技年报(2009年版)[C];2010年

10 秦祖赠;刘自力;杨克迪;文衍宣;;含铟、铋可见光催化剂的研究进展[A];第七届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2010年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 本报记者 董小雷;环保技术新宠——光催化剂[N];中国化工报;2002年

2 蔡忠仁;高效光催化剂抑菌防霉[N];中国化工报;2011年

3 ;纳米固体光催化剂获发明专利[N];今日信息报;2003年

4 蔡忠仁;纳米固体光催化剂获发明专利[N];中国化工报;2003年

5 罗海基;住友化工开发出可见光型氧化钛光催化剂[N];中国有色金属报;2003年

6 记者 吴苡婷;书写“水变氢”的传奇[N];上海科技报;2011年

7 武文;二氧化钛自洁玻璃大市场正在形成[N];中华建筑报;2002年

8 ;日本开发出一种高效分解水的新型催化剂[N];中国高新技术产业导报;2002年

9 胡连荣;日本高速路的立体环保举措[N];中国环境报;2003年

10 虹影;日本开发降温新建材[N];中国房地产报;2004年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 滕凤;TiO_2光催化剂的改性研究及其器件化应用[D];兰州大学;2015年

2 董淑英;锌、铋系/石墨烯可见光催化剂的制备及其性能研究[D];河南师范大学;2014年

3 董红军;IVA和VB族银基复合氧化物的光催化活性及稳定性研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

4 刘洪燕;金属纳米粒子表面等离子体光催化剂的制备、表征和光催化产氢性能研究[D];华南理工大学;2015年

5 曾磊;强降解VOC纳米TiO_2光催化剂的制备及机理研究[D];华中科技大学;2015年

6 朱艳艳;结构调控对半导体光催化活性的影响研究[D];清华大学;2015年

7 朱英明;纳米二氧化钛基光催化剂的改性和光催化性能研究[D];天津大学;2015年

8 孙圣楠;金属与非金属改性TiO_2/ASC光催化剂的制备与NO氧化表面光电子行为研究[D];中国海洋大学;2015年

9 吴伟明;硝基苯类有机物的光催化加氢及其机理研究[D];福州大学;2014年

10 张燕辉;石墨烯基复合光催化剂的制备及其催化性能的探索研究[D];福州大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 黄艳;硫化物掺杂TiO_2光催化剂的合成及性质研究[D];西北大学;2011年

2 李亚男;几种水生植物叶和几种植物粉模板TiO_2光催化剂的合成及其性能研究[D];云南大学;2012年

3 饶砚迪;三元光催化剂TiO_2-Ca(OH)_2-Graphite的设计、制备及在太阳光下降解染料废水的研究[D];燕山大学;2015年

4 刘晓霞;尖晶石型复合氧化物的制备及其光催化性能的研究[D];华南理工大学;2015年

5 赵成;聚苯胺负载氧化亚铜磁性可见光催化剂的制备及催化性能研究[D];天津理工大学;2015年

6 马帅华;复合型硫化物光催化剂催化还原CO_2的性能研究[D];天津理工大学;2015年

7 王欢;Ag@AgX插层复合物光催化剂的制备及活性研究[D];河北联合大学;2014年

8 马春红;上转换发光剂/TiO_2复合膜的制备及其光催化降解污染物同时制氢的研究[D];辽宁大学;2015年

9 王平;新型光催化剂及光降解塑料薄膜的制备[D];郑州大学;2015年

10 黄民忠;可面对船舶污水的稀土上转换纳米复合材料的研究[D];集美大学;2015年

，

本文编号：1099724