掺杂和异质结构筑对碳酸氧铋光催化活性的影响及机制

发布时间：2019-02-21 18:37

【摘要】：近年来,半导体光催化剂在环境污染物净化和太阳能转换方面的应用得到了人们极大的关注。作为新型半导体光催化剂(BiO)_2CO_3,因其特殊的层状结构和优良的光催化性能,使其成为具有应用潜力的对象之一。但是由于(BiO)_2CO_3较宽的带隙能只能利用紫外光,这极大地限制了其对太阳能的应用。因此,本论文旨在通过离子掺杂和异质结构筑等手段,设计具有可见光响应的高活性(BiO)_2CO_3光催化剂,并通过系统的表征手段研究其光催化性能增强机制。主要研究内容及其结论如下:(1)通过简单的化学沉淀法成功合成了新型的I-(BiO)_2CO_3光催化剂,并利用XRD、SEM、EDS、DRS、XPS和SPV等表征手段对样品性能进行了系统分析。在可见光(λ400 nm)照射下,评价了I-(BiO)_2CO_3光催化剂对罗丹明B和二氯苯酚的光催化降解性能。结果表明,I-(BiO)_2CO_3光催化剂的催化活性得到明显提高,这是由于在(BiO)_2CO_3的价带顶形成了I-离子杂质能级,使其带隙能减小,拓宽了I-(BiO)_2CO_3样品的可见光吸收范围,进而增强其光催化活性。(2)以上述的I-(BiO)_2CO_3为载体,通过酸刻蚀法制备了新型的Bi OI/I-(BiO)_2CO_3异质结光催化剂。在可见光(λ400 nm)照射下,研究了Bi OI/I-(BiO)_2CO_3对甲基橙和苯酚的光催化降解性能。结果表明,Bi OI/I-(BiO)_2CO_3的催化活性均高于(BiO)_2CO_3、I-(BiO)_2CO_3、Bi OI以及Bi OI/(BiO)_2CO_3。Bi OI/I-(BiO)_2CO_3光催化活性增强主要是由于I-离子的掺杂使(BiO)_2CO_3的带隙能减小,增强了其可见光吸收能力,同时,Bi OI/I-(BiO)_2CO_3异质结界面改善了光生电荷的分离效率。(3)采用光还原法合成了新颖Z机制的Ag I/Ag/I-(BiO)_2CO_3光催化剂。在可见光照射下(λ400 nm),以罗丹明B为污染物模型考察了Ag I/Ag/I-(BiO)_2CO_3的可见光催化活性。结果表明,Ag I/Ag/I-(BiO)_2CO_3表现出比(BiO)_2CO_3、I-(BiO)_2CO_3、Ag I/Ag/(BiO)_2CO_3和Ag I/Ag更高的光催化活性,所对应的准一级速率常数为0.63 h-1。Ag I/Ag/I-(BiO)_2CO_3光催化活性的提高主要归因于新颖的Z机制载流子分离机制。
[Abstract]:In recent years, the application of semiconductor photocatalyst in environmental pollutant purification and solar energy conversion has received great attention. As a new semiconductor photocatalyst, (BiO) _ 2CO _ 3 has become one of the potential applications due to its special layered structure and excellent photocatalytic performance. However, the wide band gap energy of (BiO) _ 2CO_3 can only utilize ultraviolet light, which greatly limits its application to solar energy. Therefore, the aim of this thesis is to design a highly active (BiO) _ 2CO_3 photocatalyst with visible light response by ion doping and heterostructure construction, and to study the mechanism of its photocatalytic performance enhancement by means of systematic characterization. The main contents and conclusions are as follows: (1) A novel I (BiO) _ 2CO_3 photocatalyst was successfully synthesized by a simple chemical precipitation method and XRD,SEM,EDS,DRS, was used. The properties of the samples were systematically analyzed by means of XPS and SPV. The photocatalytic degradation of Rhodamine B and dichlorophenol by I- (BiO) _ 2CO_3 photocatalyst was evaluated under visible light (位 400 nm) irradiation. The results show that the catalytic activity of I- (BiO) _ 2CO_3 photocatalyst is improved obviously, which is due to the formation of impurity energy levels of I- ions at the top of the valence band of (BiO) _ 2CO_3, which reduces the band gap energy. The visible light absorption range of I- (BiO) _ 2CO_3 was broadened, and the photocatalytic activity of I- (BiO) _ 2CO_3 was enhanced. (2) I- (BiO) _ 2CO_3 was used as the carrier. A novel Bi OI/I- (BiO) _ 2CO_3 heterojunction photocatalyst was prepared by acid etching. The photocatalytic degradation of methyl orange and phenol by Bi OI/I- (BiO) _ 2CO_3 was studied under visible light (位 400 nm) irradiation. The results showed that the catalytic activity of Bi OI/I- (BiO) _ 2CO_3 was higher than that of (BiO) _ 2CO3C _ 2COC _ 3. The enhancement of photocatalytic activity of Bi OI and Bi OI/ (BiO) _ 2CO_3.Bi OI/I- (BiO) _ 2CO_3 is mainly due to the decrease of band gap energy of (BiO) _ 2CO_3 due to the doping of I- ions, which enhances the visible light absorption of (BiO) _ 2CO_3. The Bi OI/I- (BiO) _ 2CO_3 heterojunction surface improves the separation efficiency of photogenerated charges. (3) A novel Ag I / Ag / I _ (BiO) _ 2CO_3 photocatalyst with Z mechanism was synthesized by photoreduction. Under visible light irradiation (位 400 nm), the visible photocatalytic activity of Ag I / AgR / I- (BiO) _ 2CO_3 was investigated by using Rhodamine B as a pollutant model. The results showed that Ag I / Ag / I / I (BiO) _ 2CO_3 exhibited higher photocatalytic activity than (BiO) _ 2CO _ 3i _ (BiO) _ 2CO _ 3G I/Ag/ (BiO) _ 2CO_3 and Ag I/Ag. The corresponding quasi-first-order rate constant is 0.63 h-1.Ag / I / Ag- I- (BiO) _ 2CO_3 photocatalytic activity, which is mainly attributed to the novel Z mechanism carrier separation mechanism.
【学位授予单位】：淮北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36

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本文编号：2427781