基于片状Bi 2 WO 6 的改性设计及其光降解酚类废水的研究
发布时间：2021-06-26 03:48
随着社会的高速发展,环境污染问题和能源短缺问题接踵而至,人们迫切寻求一种既能节省能源又能够有效解决环境污染问题的方法。与传统的解决环境污染问题的技术相比,光催化技术是一种借助于自然界中丰富的太阳能来解决污染问题的绿色技术。在众多光催化剂中,Bi2WO6因其光催化效率高,稳定性好且无毒的性质引起研究者们的广泛关注。在本文中以Bi2WO6为基础,研究Bi2WO6的半导体负载改性方法对光降解酚类污染物废水的影响,讨论了改性光催化剂对于降解酚类污染物的光催化作用机制。通过构建不同类型的Z型异质结方案达到抑制光催化剂的光生电子和空穴复合的目的,提高催化剂的光催化性能。具体研究内容如下:（1）以Bi2WO6为基体,通过水热法和浸渍煅烧法合成CuO/CNT/Bi2WO6,研究CuO和Bi2WO6比例不同时对酚的光降解性能的影响,结果得出3%...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光催化氧化降解污染物原理图[17]
虻サ难趸?铮?哂胁阕唇峁埂?i2WO6因合适的能带结构，良好的光催化活性，高稳定性和能吸收部分可见光的能力而成为研究热点[29]。Bi2WO6是由钙钛矿层(WO4)2-夹在两层氧化铋层(Bi2O2)2+之间形成的三明治结构。Bi2WO6的导带由W5d轨道形成，价带由O2p和Bi6s杂交形成的轨道构成，从Bi2WO6价带激发的电子从杂化轨道转移到W5d的空轨道中[30]。但是，催化剂因存在一些问题限制了它的广泛应用。这些问题分别为：催化剂光激发产生的电子和空穴易复合，不能有效的发挥作用；光响应范围窄，不能广泛利用太阳光；催化剂的量子产率低。图1-2（a）Bi2WO6的晶体结构图（b）Bi2WO6的能带结构图[31]Fig.1-2(a)CrystalstructureofBi2WO6(b)BandstructureofBi2WO6
青岛科技大学研究生学位论文9快速的分离[51]。两种不同的半导体复合构成异质结，异质结的类型可以分为p-n型异质结，n-n型异质结，Z型异质结三种类型。图1-3光催化剂的p-n异质结电荷传递机制[52]Fig.1-3p-nheterojunctionchargetransfermechanismofphotocatalystp-n异质结是由两种不同的半导体材料构成的。n-n异质结是由同种类型半导体材料组成。构成p-n异质结的两半导体接触后由于费米能级不同而产生电荷转移直至将费米能级拉平形成势垒，由于能带在界面上断续，势垒将出现一个尖锋。n-n异质结两边载流子类型相同，电荷移动情况复杂[52]。异质结形成后会在界面处出现能带的弯曲，发生导带和价带的不连续。异质结的构成有利于形成宽谱带，提高了氧化还原能力从而提高光催化效率。异质结可以增加内建电场，提高注入效率。Meng等人[53]通过简单的两步法合成CuO/Bi2WO6复合光催化剂，CuO/Bi2WO6复合材料对RhB光降解的催化活性比纯Bi2WO6和CuO高2倍[26]，增强的光催化性能主要归因于p-CuO和n-Bi2WO6异质结界面处光响应的改善以及光生电子和空穴的有效分离。Zhang等人[54]采用一锅水热法合成二维板上Bi2MoO6/Bi2WO6异质结，结果表明半导体组合的光催化性能远高于单个组分的光催化活性。这种优异的光催化活性不仅可以用于环境修复，还可用于水分解和光电化学电池。Zhu等人[55]发现Bi2WO6/BiOCl异质结具有较高的光催化活性和光电流特性，在光催化过程中，有效的电荷（空穴）通过界面实现向钨酸盐和氯化物的两侧转移，导致更高的电子空穴分离以及光催化活性的增强。BiOCl-Bi2WO6异质结具有比纯Bi2WO6或BiOCl更高的光电流，这归因于光催化过程中的抑制电子-空穴复合。
【参考文献】：
期刊论文
[1]全固态Z-Scheme光催化材料应用于二氧化碳还原和光催化分解水研究进展[J]. 时晓羽,李会鹏,赵华. 分子催化. 2019(04)
[2]二氧化钛薄膜的制备及其光催化性能研究[J]. 张新宝,张健,张超,樊震坤,王磊. 山东陶瓷. 2019(03)
[3]异质/同质相结高效光催化的研究进展:以相变构建为例（英文）[J]. 杨凯,李笑笑,曾德彬,陈范云,余长林,张开莲,黄微雅. 催化学报. 2019(06)
[4]水热法制备钨酸铋及其在光催化中的应用[J]. 范金福,姚倩,张晓辰,王杰,李少香. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2019(01)
[5]锌镁铝类水滑石负载碘氧化铋的制备与表征[J]. 李佳祁,付大友,袁东,徐菁. 应用化学. 2019(01)
[6]Designing all-solid-state Z-Scheme 2D g-C3N4/Bi2WO6 for improved photocatalysis and photocatalytic mechanism insight[J]. Mao Mao,Shuowei Zhao,Zhigang Chen,Xiaojie She,Jianjian Yi,Kaixiang Xia,Hui Xu,Minqiang He,Huaming Li. Green Energy & Environment. 2018(03)
[7]水热法制备ZnTiO3/TiO2复合光催化剂及其光催化性能研究[J]. 刘冷,杜意恩,李军,刘毓芳,蔡雪梅,陈勇强. 四川大学学报(自然科学版). 2018(04)
[8]ZnTiO3/TiO2异质复合材料的制备及光催化性能[J]. 王爱民,白妮,王金玺,范晓勇,亢玉红,马向荣. 人工晶体学报. 2018(02)
[9]二维Z型光催化材料及其在环境净化和太阳能转化中的应用[J]. 张圆正,谢利利,周怡静,殷立峰. 化学进展. 2016(10)
[10]用于钙钛矿太阳能电池光阳极的TiO2/ZnTiO3复合物的制备与性能[J]. 徐艳,张翁晶,胡木林. 材料导报. 2016(20)
博士论文
[1]新型铋基纳米材料可见光催化降解有机污染物[D]. 王楚亚.中国科学技术大学 2018
[2]碳纳米管/半导体异质结的电子结构和光学性质研究[D]. 张兆刚.湖南大学 2017
[3]有机柱撑蒙脱石负载ZnTiO3-TiO2复合材料制备、表征及其光催化性能研究[D]. 吴良兴.华南理工大学 2016
[4]基于光化学高级氧化技术降解水中典型卤代酚类污染物的研究[D]. 郭耀广.东华大学 2014
[5]纳米氧化锌的控制制备及其光催化性能的研究[D]. 王辉虎.华中科技大学 2006
[6]纳米TiO2光催化氧化处理苯酚水溶液的研究[D]. 刘仁龙.重庆大学 2004
硕士论文
[1]粘土改性钨酸铋光催化剂的制备及其对有机污染物的降解性能研究[D]. 崔家民.太原理工大学 2019
[2]ZnO多级结构的合成及其光催化降解苯酚性能研究[D]. 李晓琴.山西大学 2019
[3]铋和钨酸铋复合光催化固氮体系的构筑及改性研究[D]. 周圣尧.哈尔滨工业大学 2019
[4]纳米片状Bi2WO6基复合光催化材料的构建及其增强机理研究[D]. 胡超.安徽工业大学 2019
[5]CNT/AgInS2、rGO/AgIn5S8复合光催化剂的制备及光催化性能研究[D]. 蒋华成.南昌航空大学 2018
[6]ZnO及其复合材料的形貌调控制备与光催化性能研究[D]. 王添琦.浙江工业大学 2018
[7]掺杂型钨酸铋的制备表征及降解染料废水研究[D]. 高蕊.西安工业大学 2018
[8]环境水中酚类有机污染物的光降解实验研究[D]. 罗舜钦.中国地质大学(北京) 2017
[9]单层Bi2WO6基半导体光催化材料的制备及其性能研究[D]. 杨雪凤.哈尔滨工业大学 2017
[10]ZnO半导体晶面调控及性能研究[D]. 刘雨.齐鲁工业大学 2017
本文编号：3250569
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光催化氧化降解污染物原理图[17]
虻サ难趸?铮?哂胁阕唇峁埂?i2WO6因合适的能带结构，良好的光催化活性，高稳定性和能吸收部分可见光的能力而成为研究热点[29]。Bi2WO6是由钙钛矿层(WO4)2-夹在两层氧化铋层(Bi2O2)2+之间形成的三明治结构。Bi2WO6的导带由W5d轨道形成，价带由O2p和Bi6s杂交形成的轨道构成，从Bi2WO6价带激发的电子从杂化轨道转移到W5d的空轨道中[30]。但是，催化剂因存在一些问题限制了它的广泛应用。这些问题分别为：催化剂光激发产生的电子和空穴易复合，不能有效的发挥作用；光响应范围窄，不能广泛利用太阳光；催化剂的量子产率低。图1-2（a）Bi2WO6的晶体结构图（b）Bi2WO6的能带结构图[31]Fig.1-2(a)CrystalstructureofBi2WO6(b)BandstructureofBi2WO6
青岛科技大学研究生学位论文9快速的分离[51]。两种不同的半导体复合构成异质结，异质结的类型可以分为p-n型异质结，n-n型异质结，Z型异质结三种类型。图1-3光催化剂的p-n异质结电荷传递机制[52]Fig.1-3p-nheterojunctionchargetransfermechanismofphotocatalystp-n异质结是由两种不同的半导体材料构成的。n-n异质结是由同种类型半导体材料组成。构成p-n异质结的两半导体接触后由于费米能级不同而产生电荷转移直至将费米能级拉平形成势垒，由于能带在界面上断续，势垒将出现一个尖锋。n-n异质结两边载流子类型相同，电荷移动情况复杂[52]。异质结形成后会在界面处出现能带的弯曲，发生导带和价带的不连续。异质结的构成有利于形成宽谱带，提高了氧化还原能力从而提高光催化效率。异质结可以增加内建电场，提高注入效率。Meng等人[53]通过简单的两步法合成CuO/Bi2WO6复合光催化剂，CuO/Bi2WO6复合材料对RhB光降解的催化活性比纯Bi2WO6和CuO高2倍[26]，增强的光催化性能主要归因于p-CuO和n-Bi2WO6异质结界面处光响应的改善以及光生电子和空穴的有效分离。Zhang等人[54]采用一锅水热法合成二维板上Bi2MoO6/Bi2WO6异质结，结果表明半导体组合的光催化性能远高于单个组分的光催化活性。这种优异的光催化活性不仅可以用于环境修复，还可用于水分解和光电化学电池。Zhu等人[55]发现Bi2WO6/BiOCl异质结具有较高的光催化活性和光电流特性，在光催化过程中，有效的电荷（空穴）通过界面实现向钨酸盐和氯化物的两侧转移，导致更高的电子空穴分离以及光催化活性的增强。BiOCl-Bi2WO6异质结具有比纯Bi2WO6或BiOCl更高的光电流，这归因于光催化过程中的抑制电子-空穴复合。
【参考文献】：
期刊论文
[1]全固态Z-Scheme光催化材料应用于二氧化碳还原和光催化分解水研究进展[J]. 时晓羽,李会鹏,赵华. 分子催化. 2019(04)
[2]二氧化钛薄膜的制备及其光催化性能研究[J]. 张新宝,张健,张超,樊震坤,王磊. 山东陶瓷. 2019(03)
[3]异质/同质相结高效光催化的研究进展:以相变构建为例（英文）[J]. 杨凯,李笑笑,曾德彬,陈范云,余长林,张开莲,黄微雅. 催化学报. 2019(06)
[4]水热法制备钨酸铋及其在光催化中的应用[J]. 范金福,姚倩,张晓辰,王杰,李少香. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2019(01)
[5]锌镁铝类水滑石负载碘氧化铋的制备与表征[J]. 李佳祁,付大友,袁东,徐菁. 应用化学. 2019(01)
[6]Designing all-solid-state Z-Scheme 2D g-C3N4/Bi2WO6 for improved photocatalysis and photocatalytic mechanism insight[J]. Mao Mao,Shuowei Zhao,Zhigang Chen,Xiaojie She,Jianjian Yi,Kaixiang Xia,Hui Xu,Minqiang He,Huaming Li. Green Energy & Environment. 2018(03)
[7]水热法制备ZnTiO3/TiO2复合光催化剂及其光催化性能研究[J]. 刘冷,杜意恩,李军,刘毓芳,蔡雪梅,陈勇强. 四川大学学报(自然科学版). 2018(04)
[8]ZnTiO3/TiO2异质复合材料的制备及光催化性能[J]. 王爱民,白妮,王金玺,范晓勇,亢玉红,马向荣. 人工晶体学报. 2018(02)
[9]二维Z型光催化材料及其在环境净化和太阳能转化中的应用[J]. 张圆正,谢利利,周怡静,殷立峰. 化学进展. 2016(10)
[10]用于钙钛矿太阳能电池光阳极的TiO2/ZnTiO3复合物的制备与性能[J]. 徐艳,张翁晶,胡木林. 材料导报. 2016(20)
博士论文
[1]新型铋基纳米材料可见光催化降解有机污染物[D]. 王楚亚.中国科学技术大学 2018
[2]碳纳米管/半导体异质结的电子结构和光学性质研究[D]. 张兆刚.湖南大学 2017
[3]有机柱撑蒙脱石负载ZnTiO3-TiO2复合材料制备、表征及其光催化性能研究[D]. 吴良兴.华南理工大学 2016
[4]基于光化学高级氧化技术降解水中典型卤代酚类污染物的研究[D]. 郭耀广.东华大学 2014
[5]纳米氧化锌的控制制备及其光催化性能的研究[D]. 王辉虎.华中科技大学 2006
[6]纳米TiO2光催化氧化处理苯酚水溶液的研究[D]. 刘仁龙.重庆大学 2004
硕士论文
[1]粘土改性钨酸铋光催化剂的制备及其对有机污染物的降解性能研究[D]. 崔家民.太原理工大学 2019
[2]ZnO多级结构的合成及其光催化降解苯酚性能研究[D]. 李晓琴.山西大学 2019
[3]铋和钨酸铋复合光催化固氮体系的构筑及改性研究[D]. 周圣尧.哈尔滨工业大学 2019
[4]纳米片状Bi2WO6基复合光催化材料的构建及其增强机理研究[D]. 胡超.安徽工业大学 2019
[5]CNT/AgInS2、rGO/AgIn5S8复合光催化剂的制备及光催化性能研究[D]. 蒋华成.南昌航空大学 2018
[6]ZnO及其复合材料的形貌调控制备与光催化性能研究[D]. 王添琦.浙江工业大学 2018
[7]掺杂型钨酸铋的制备表征及降解染料废水研究[D]. 高蕊.西安工业大学 2018
[8]环境水中酚类有机污染物的光降解实验研究[D]. 罗舜钦.中国地质大学(北京) 2017
[9]单层Bi2WO6基半导体光催化材料的制备及其性能研究[D]. 杨雪凤.哈尔滨工业大学 2017
[10]ZnO半导体晶面调控及性能研究[D]. 刘雨.齐鲁工业大学 2017
本文编号：3250569
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3250569.html
教材专著
