新型光催化剂铁酸铋的制备与改性及其光催化性能研究

发布时间：2017-11-25 15:21

  本文关键词：新型光催化剂铁酸铋的制备与改性及其光催化性能研究

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【摘要】：光催化技术被认为是解决能源短缺和环境污染的具有很大前景的技术之一。近年来,研究者普遍认为,BiFeO_3(BFO)这种半导体材料在光催化方面有一定的前景,因此受到了广泛关注。然而在实际应用过程中,BFO有着光生电子空穴分离效率不高、易复合以及在光催化反应中活性位点不足等问题。因此本文首先通过改进后的水热法制备了纯相BFO,然后通过浸渍法对其进行了不同的改性,并且深入探索了改性后的光催化性能及背后的光催化机理。主要工作如下:1.水热法制备BiFeO_3颗粒及表征本论文结合传统的共沉淀法和水热法,加入了筛分的步骤,改进了工艺来制备纯相BiFeO_3光催化材料。实验结果表明所制备的纯相BiFeO_3具有较好的结晶性,带宽相对较小,具有潜在的光吸收性能优势,能够有效地响应可见光。在可见光下,对甲基橙染料的降解效率约为15%。2.CuO/BiFeO_3异质结复合催化剂的制备及性能评价采用湿浸渍法,我们首次成功地合成了一种新型的p-n异质结构CuO/BiFeO_3复合光催化剂。这种异质结复合光催化剂在可见光下降解甲基橙染料的活性明显高于纯相BiFeO_3和CuO,而且当CuO的负载量增加到15wt%时,光降解效率达到了50%,是纯相BiFeO_3和CuO降解效率的3倍多。我们认为复合光催化剂催化性能的提高主要归结为CuO和BiFeO_3复合后界面处形成的p-n异质结促进光生电子空穴的分离和迁移,进而改善了光降解性能。3.Pt/BiFeO_3复合光催化剂的制备、表征及降解机理分析采用湿浸渍法,我们首次成功地在BiFeO_3颗粒表面沉积了不同含量的贵金属助催化剂Pt纳米颗粒。SEM及TEM图片显示颗粒呈类球状,平均尺寸为10 nm,分散程度较好。负载Pt颗粒之后,光催化降解甲基橙的效率有了很大的提升,其中性能最佳的1.0 wt%Pt/BFO催化降解甲基橙的性能是纯相BiFeO_3的5倍左右。而且Pt/BFO复合光催化剂的化学稳定性较好。结合电子顺磁共振波普分析(EPR,Electron Paramagnetic Resonance)和捕获实验,我们发现降解过程中的主要活性物质为超氧自由基,负载助催化剂之后性能的提升主要是由于BiFeO_3和Pt纳米颗粒接触的界面处形成的肖特基势垒促进了电荷的迁移,提高了载流子的分离效率。
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;O644.1

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本文编号：1226481