卤化氧铋复合物的制备及光催化性能研究

发布时间：2020-02-01 21:44

【摘要】：随着现代工业的迅速发展,环境污染问题日趋严重并威胁着人类社会的发展。光催化技术能有效利用太阳能进行物质的转化,是一种在能源和环境领域具有重要应用前景的绿色安全技术,逐渐引起了国内外学者的广泛关注。然而,传统的光催化材料存在带隙较宽、太阳能利用率低、光生电子-空穴对易复合等缺点,限制了其在能源与环境领域的广泛应用。因此,研究和开发具有高效、可持续、高稳定性等优点的半导体材料是该领域亟待解决的问题。本文分别以卤化氧铋(BiOX),石墨相氮化碳(g-C_3N_4)和AgI为原料,合成了一系列三元复合物:g-C_3N_4/BiOI/BiOBr,pg-C_3N_4/BiOI/BiOCl以及AgI/BiOI/pg-C_3N_4,旨在提高复合物中光生载流子的分离效率,拓宽可见光的吸收范围,增强光催化活性,并通过多种表征手段对复合物的组成、结构、形貌及光催化性能等进行了分析探讨,提出了光催化降解有机污染物可能的机理。主要研究内容如下:1.g-C_3N_4/BiOI/BiOBr三元复合物的合成及光催化性能研究:采用水热法合成了g-C_3N_4/BiOI/BiOBr。通过XRD、TEM、SEM、EDS、FT-IR、DRS、XPS、PL等手段对光催化剂进行一系列结构和性能表征。TEM和SEM分析表明g-C_3N_4为层状结构,BiOI和BiOBr为片层结构。DRS结果表明g-C_3N_4/BiOI/BiOBr具有明显的可见光吸收性能。催化降解实验表明,g-C_3N_4/BiOI/BiOBr三元复合物催化活性较高,光照2.5 h后对亚甲基蓝(MB)的降解率达80%,其降解速率常数是g-C_3N_4和BiOI/BiOBr的2.5和3.2倍。PL、光电流和EIS表明g-C_3N_4/BiOI/BiOBr中光生电子-空穴对的分离能力最强。捕获实验说明,降解过程中·OH,·O2-和h+均有一定作用,其中h+的作用占主导。2.pg-C_3N_4/BiOI/BiOCl三元复合物的合成及光催化性能研究:采用硬模板法合成多孔g-C_3N_4(pg-C_3N_4),煅烧法合成pg-C_3N_4/BiOI/BiOCl复合物。运用XRD、TEM、SEM、EDS、FT-IR、DRS、XPS、PL、ESR等手段对光催化剂进行一系列结构和性能表征。TEM和SEM分析表明pg-C_3N_4为多孔结构,BiOI和BiOCl为片层结构。DRS结果表明pg-C_3N_4/BiOI/BiOCl的可见光吸收性能良好。催化降解甲基橙(MO)和4-硝基苯酚(C6H5NO3)实验表明,pg-C_3N_4/BiOI/BiOCl的催化性能优于pg-C_3N_4、BiOI、BiOCl和BiOI/BiOCl,光照2.5 h后MO的降解率达85%,其降解速率常数分别是pg-C_3N_4、BiOI、BiOCl和BiOI/BiOCl的1.84、8、24和4倍。PL、光电流和EIS结果表明pg-C_3N_4/BiOI/BiOCl具有更强的光生电子和空穴分离能力。捕获实验和ESR表明,降解过程中·OH不起作用,·O2-作用有限,而h+的作用占主导。3.AgI/BiOI/pg-C_3N_4三元复合物的合成及光催化性能研究:通过煅烧法合成BiOI/pg-C_3N_4复合物,沉淀法合成AgI/BiOI/pg-C_3N_4。运用XRD、TEM、SEM、EDS、FT-IR、DRS、XPS、PL、ESR等手段对光催化剂进行一系列结构和性能表征。TEM和SEM分析表明pg-C_3N_4为多孔结构,BiOI为片层结构,且AgI附着在BiOI的表面。DRS结果表明AgI/BiOI/pg-C_3N_4可见光光响应能力最强,光吸收范围较宽。催化降解实验表明,AgI/BiOI/pg-C_3N_4的催化性能优于pg-C_3N_4、BiOI和BiOI/pg-C_3N_4,光照50 min后MO的降解率达85%,其降解速率常数分别为BiOI、pg-C_3N_4和BiOI/pg-C_3N_4的10、5.6和3.5倍。PL、光电流和EIS结果显示相比于其他样品AgI/BiOI/pg-C_3N_4具有最强的光生电子和空穴分离能力。ESR结果显示体系中的活性物种主要为·OH和·O2-。抗菌实验表明,光照下,一定浓度的AgI/BiOI/pg-C_3N_4能够在15 min内使大肠杆菌灭活,其抗菌性能明显优于BiOI/pg-C_3N_4。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36

【参考文献】