球形碘氧化铋纳米结构的合成及光催化性能研究

发布时间：2017-12-29 07:19

本文关键词：球形碘氧化铋纳米结构的合成及光催化性能研究　出处：《陕西师范大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：铋基卤氧化物是一类新型的半导体光催化材料,研究发现,其独特的原子排列所形成的层状结构有利于光生电子的传输,使这类材料具有良好的光催化性能。其中,因碘氧化铋(BiOI)具有最窄的禁带宽(Eg=1.8 eV)以及在可见光下高效的催化活性,而被认为是一种很有前途的可见光响应光催化材料,成为光催化领域研究的热点。本文采用乙二醇辅助溶剂热法,以Bi(NO3)3·5H2O和KI为原料,合成了纯相的球形BiOI纳米结构；以Er(NO_3)_3·6H_2O为铒源,制备了球形Er~(3+)掺杂BiOI；最后对BiOI进行热处理,分解得到多孔Bi_5O_7I球形结构。利用XRD, XPS, SEM, TEM, BET, UV-vis等一系列测试手段,对所合成样品的相结构、微观形貌、光学特性等进行了表征分析,并以RhB、MO、Cr(Ⅵ)和MB等溶液为目标污染物,评估了相关样品在可见光下的光催化性能。本文的主要工作如下：(1)采用乙二醇辅助溶剂热法,制备出了纯相的球形BiOI纳米粉体,SEM和TEM测试结果表明,BiOI纳米粉体是由大量超薄纳米片堆垛而成的多孔微球结构,尺寸约为2 μm,纳米片厚度约4nm;HRTEM结果显示,暴露面为具有高比例{001}面的纳米片。以RhB和Cr(Ⅵ)的水溶液为目标污染物,结果发现,黑暗环境中,BiOI对RhB和Cr(Ⅵ)均具有很强的吸附作用。在可见光照射下,BiOI样品对初始浓度高达50 mg/L的RhB溶液,90 min内可以完全降解；此外,在酸性条件下,BiOI粉体对初始浓度为0.2 mmol/L的Cr(Ⅵ)溶液也具有很好的光催化还原性能,其效率也高达99%。(2)为了进一步提高BiOI催化剂的光催化活性,对BiOI样品进行Er~(3+)掺杂。以Er(NO_3)_3·6H_2O为铒源,掺杂量分别为1mol%,2mol%,3 mol%,4 mol%和5mol%,采用溶剂热法制备出Er~(3+)-BiOI粉体。利用XRD, XPS, SEM, TEM, BET, UV-vis等一系列测试手段,对Er~(3+)-BiOI样品的结构、形貌、光学特性等进行表征分析。在可见光照射下,分别以阴、阳离子型染料(RhB、MO、MB)溶液为目标污染物,评价不同Er~(3+)掺杂量的BiOI样品的光催化性能。结果显示,当Er~(3+)的掺杂浓度为2 mol%时,Er~(3+)-BiOI样品不仅对单一的高浓度阴、阳离子型染料(RhB, MO, MB)均表现出很好的光催化性能,而且在去除二元混合染料(RhB-MO(?)MB-MO)中,也表现出高效的降解效率。(3)对BiOI粉体进行热处理,分解得到多孔球形Bi_5O_7I纳米结构粉体,通过XRD, XPS, SEM, TEM等一系列测试手段,对得到的Bi_5O_7I样品进行表征分析。分析发现,热处理温度为450℃时得到的Bi_5O_7I样品,在可见光降解RhB和MO染料溶液过程中,均表现出高效的光催化活性。此外,在研究Bi_5O_7I粉体的重复催化实验中发现,循环催化10次后对RhB染料的降解效率依然可以达到83.5%,具有显著的光降解稳定性。
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【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36

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