溴氧化铋的光催化和光电催化性能研究

发布时间：2021-07-10 01:34

　　光催化技术被认为是一项极具前景的废水处理技术,具有设备装置简便、反应条件温和、操作方法简单等优点。近年来,溴氧化铋（BiOBr）作为一种新型窄带隙可见光催化剂,弥补了传统二氧化钛不能响应可见光的缺陷,受到研究者的广泛关注。然而,光催化效率不高的问题仍限制着窄带隙半导体光催化剂的发展和应用,其中最主要的原因在于光催化剂中的光生载流子（光生电子和空穴）极易复合。为此,若要加快光催化技术在废水处理领域中的发展步伐,势必要提升催化剂中光生载流子的分离效率。本研究从微观催化剂调控和宏观外电场构建两方面入手,制备了基于溴氧化铋的粉末催化剂及光阳极,旨在探索提升BiOBr光生载流子分离效率和催化活性的有效办法。微观催化剂调控方面,选取水热pH为调控手段,阐述了 pH对BiOBr粉末催化剂的理化性质、载流子分离效率和催化活性的影响,并探究其影响机制。宏观外电场构建方面,先是利用粉末负载法将微观调控中活性最佳的BiOBr粉末制成光阳极,后又利用原位合成法在导电基体上直接制备BiOBr光阳极,分别考察了由两种光阳极构建的光催化燃料电池（PFC）的性能,分析了光催化燃料电池中光生载流子的分离效率以及电池的工... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：132 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－１光催化技术的应用领域１３１??Ｆｉｇ．１－１?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ．??１．２．２

为探究各个过程对光催化效率的影响，研究者们通过时间分辨吸收光谱等技??术测得光生载流子的形成、迁移、参与反应以及复合等过程所需要的时间［２４，２５］。??Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ等人以Ｔｉ０２为例，对各个步骤所需的时间进行总结，结果如图１－３所??示［２６］。光生载流子的形成是所有光催化反应中速度最快的，一般在１００?ｆｓ以下属??于飞秒级，远快于光生载流子的复合和捕获，能够保证有足够数量的光生载流子??迁移到催化剂表面发生氧化还原反应。光生电子和空穴迁移至催化剂表面所需的??时间也在飞秒级，分别为１００－２６０ｆｓ和５０－１７０ｆｓ，空穴的迁移稍快于电子。光??生载流子在催化剂表面发生氧化还原反应所需的时间相对较长，其中电子参与的??还原反应在纳秒级和微秒级，空穴参与的氧化反应在皮秒级。在光生载流子的复??合方面，由于复合可以发生在催化剂的表相或是体相，不同情况下所需的时间不??同，有皮秒级的也有纳秒级的。由上述分析可知，尽管催化剂受光激发后会产生??足够数量的光生载流子供电荷迁移与界面反应

博士学位论文?第一的催化降解。同时，根据式１．１１中的光催化反应效率公式可知，当复合程度越高，光催化反应效率则越低。因此，研究者们目前已基识，认为光生电子空穴对易复合是制约催化剂性能的最关键的问题，流子与有机物反应从而降低光催化降解效率的最重要的原因［２２］。??

【参考文献】：
博士论文
[1]具有高光生电荷分离能力的氧化物基光催化材料的构建[D]. 杨勇强.中国科学技术大学 2016



本文编号：3274912