铋基复合半导体光催化材料的制备及其性能研究
发布时间：2021-03-04 14:42
半导体光催化技术因其在制氢、二氧化碳减排和污染物降解等方面的广泛应用而备受关注。钨酸铋和钼酸铋由于其独特的层状结构、合适的带隙和稳定的化学性质而引起了研究人员的广泛研究。但是,其仍然存在可见光利用率较低、光生载流子复合率较高等缺点,这大大地限制了其实际应用。为了提高其光生电荷分离效率,本文构建了铋基异质结复合半导体光催材料利用复合材料间的内建电场促进光生载流子的分离。同时,本文构建了2D/2D纳米层状结构,实现了超大的界面接触,提供了更多的界面传输通道进行电荷的传输,进而提高光生电荷分离效率,最终实现高效光催化反应。于此,本论文通过形貌调控、异质结构建、贵金属担载等方法对铋基半导体材料进行改性和优化,成功制备出了两种拥有优良可见光响应的2D/2D纳米层状铋基复合半导体光催化材料,实现了高效降解有机污染物。论文的研究内容主要包括:（1）采用光还原法和水热法制备了一系列可见光驱动的2D/2D Z型g-C3N4/Au/Bi2WO6（CN/Au/BWO）光催化剂。采用XRD、FTIR、TEM、XPS、BET...
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体光催化材料的作用原理示意图[8]
江南大学硕士学位论文6优良的催化剂载体，有利于催化剂的分散。更重要的是，由于接触面和电荷转移率的增加，耦合不同的二维层状材料将大大提高二维复合材料的光催化性能。与其它二维复合材料（即0D–2D和1D–2D复合）相比，由于纳米片之间的接触面较大，二维层状复合材料可以实现固体结构，因此二维层状复合材料比0D–2D和1D–2D复合材料具有更高的稳定性[67-70]。此外，二维层状复合材料具有较大的接触面积将导致更有效的界面电荷转移。结果表明，二维层状复合材料具有较高的光催化活性[71-74]。图1-2二维分层材料与零维和一维材料的优势示意图[66]1.3本论文的研究内容及意义1.3.1研究意义铋基半导体光催化材料因其独特的价带结构和优异的可见光响应范围获得了广泛的关注和认可。但是其对可见光响应弱和光生载流子复合率高的缺点依然限制其自身在工业的大规模应用。为了解决上述问题并进一步的提高钨酸铋和钼酸铋的光催化性能，通过形貌调控、异质结构建、贵金属担载等方法对铋基半导体材料进行改性和优化。二维纳米片光催化材料的有利于增大光催化材料的接触面积和比表面积，使光生电子-空穴可以迅速地转移到光催化材料表面进而发生反应，降低光生载流子的复合率，进而提高光催化活性。除此之外，将两种不同的半导体光催化材料复合到一起形成异质结可以在保留催化剂本身氧化还原性的同时促进光生载流子的分离，也是提高光催化材料光催化性能的有效策略。将贵金属（如金、银、铂等）担载到半导体光催化材料的表面后，光生电子会连续不断地从半导体内部迁移到光催化材料的表面，形成肖特基势垒，进而使光生电子和光生空穴留在催化剂表面，实现光生载流子在空间上的分离。本文通过对制备得到的光催化材料物化性质的表征及光催化机理的探究，验证?
江南大学硕士学位论文14制备过程如图3-1所示。图3-1CN/Au/BWO实验制备流程图3.3结果与讨论3.3.1CN/Au/BWO的表征图3-2展示了BWO，CN，Au/CN，CN/BWO和CN/Au(x)/BWO（x=0.5，1，2，3，5）的XRD图谱。其中，CN的曲线中有两个特征峰，位于13.2°的代表了CN的（100）晶面，27.4°代表了CN的（002）晶面，它们分别对应着CN的共轭芳香族系统和三嗪单元结构[80]。位于28.3°，32.3°，47.1°和55.8°的衍射峰分别是由BWO的(131),(200),(202)和(331)晶面引起的[72]。在Au/CN的XRD图谱中，位于38.1°和43.7°的衍射峰分别是由金纳米粒子的（111）和（200）晶面引起的，这代表了金纳米粒子被成功担载在超薄CN纳米片的表面[81,82]。值得注意的是，由于CN样品结晶度低、含量低，CN的衍射峰并未出现在CN/Au(x)/BWO（x=0.5，1，2，3，5）样品的XRD图谱中。除此之外，金纳米粒子的衍射峰也未在CN/Au(x)/BWO（x=0.5，1，2，3，5）样品中被发现，这是由于金纳米粒子的含量较低（约为千分之一）引起的[82]。此外，在所有图样中均未观察到其它杂质衍射峰，表明样品的纯度很高。图3-2BWO，CN，Au/CN，CN/BWO和CN/Au(x)/BWO（x=0.5，1，2，3，5）的XRD图谱
本文编号：3063403
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体光催化材料的作用原理示意图[8]
江南大学硕士学位论文6优良的催化剂载体，有利于催化剂的分散。更重要的是，由于接触面和电荷转移率的增加，耦合不同的二维层状材料将大大提高二维复合材料的光催化性能。与其它二维复合材料（即0D–2D和1D–2D复合）相比，由于纳米片之间的接触面较大，二维层状复合材料可以实现固体结构，因此二维层状复合材料比0D–2D和1D–2D复合材料具有更高的稳定性[67-70]。此外，二维层状复合材料具有较大的接触面积将导致更有效的界面电荷转移。结果表明，二维层状复合材料具有较高的光催化活性[71-74]。图1-2二维分层材料与零维和一维材料的优势示意图[66]1.3本论文的研究内容及意义1.3.1研究意义铋基半导体光催化材料因其独特的价带结构和优异的可见光响应范围获得了广泛的关注和认可。但是其对可见光响应弱和光生载流子复合率高的缺点依然限制其自身在工业的大规模应用。为了解决上述问题并进一步的提高钨酸铋和钼酸铋的光催化性能，通过形貌调控、异质结构建、贵金属担载等方法对铋基半导体材料进行改性和优化。二维纳米片光催化材料的有利于增大光催化材料的接触面积和比表面积，使光生电子-空穴可以迅速地转移到光催化材料表面进而发生反应，降低光生载流子的复合率，进而提高光催化活性。除此之外，将两种不同的半导体光催化材料复合到一起形成异质结可以在保留催化剂本身氧化还原性的同时促进光生载流子的分离，也是提高光催化材料光催化性能的有效策略。将贵金属（如金、银、铂等）担载到半导体光催化材料的表面后，光生电子会连续不断地从半导体内部迁移到光催化材料的表面，形成肖特基势垒，进而使光生电子和光生空穴留在催化剂表面，实现光生载流子在空间上的分离。本文通过对制备得到的光催化材料物化性质的表征及光催化机理的探究，验证?
江南大学硕士学位论文14制备过程如图3-1所示。图3-1CN/Au/BWO实验制备流程图3.3结果与讨论3.3.1CN/Au/BWO的表征图3-2展示了BWO，CN，Au/CN，CN/BWO和CN/Au(x)/BWO（x=0.5，1，2，3，5）的XRD图谱。其中，CN的曲线中有两个特征峰，位于13.2°的代表了CN的（100）晶面，27.4°代表了CN的（002）晶面，它们分别对应着CN的共轭芳香族系统和三嗪单元结构[80]。位于28.3°，32.3°，47.1°和55.8°的衍射峰分别是由BWO的(131),(200),(202)和(331)晶面引起的[72]。在Au/CN的XRD图谱中，位于38.1°和43.7°的衍射峰分别是由金纳米粒子的（111）和（200）晶面引起的，这代表了金纳米粒子被成功担载在超薄CN纳米片的表面[81,82]。值得注意的是，由于CN样品结晶度低、含量低，CN的衍射峰并未出现在CN/Au(x)/BWO（x=0.5，1，2，3，5）样品的XRD图谱中。除此之外，金纳米粒子的衍射峰也未在CN/Au(x)/BWO（x=0.5，1，2，3，5）样品中被发现，这是由于金纳米粒子的含量较低（约为千分之一）引起的[82]。此外，在所有图样中均未观察到其它杂质衍射峰，表明样品的纯度很高。图3-2BWO，CN，Au/CN，CN/BWO和CN/Au(x)/BWO（x=0.5，1，2，3，5）的XRD图谱
本文编号：3063403
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