机械球磨法合成溴氧铋基材料及其增强光催化降解有机污染物研究
发布时间：2021-08-25 01:21
目前,环境污染已经严重影响我国经济发展与人民的日常生活。而在诸多污染问题中,工业废水和生活废水导致的水污染问题更是尤为严峻。光催化技术可以直接将太阳能转化为化学能,具有环境友好、可重复利用以及反应条件温和等优点,有望能够控制水体污染问题。光催化剂是光催化技术的主体,设计与构筑高效稳定的光催化剂是光催化技术研究中最重要的一环。溴氧铋（BiOBr）光催化剂由于其具有优异的光催化性能和良好的稳定性,已经被广泛应用于环境光催化领域。但是BiOBr存在可见光吸收能力较弱以及光生载流子易复合的缺陷。为解决上述问题,本文通过形貌调控与构筑复合光催化体系以改善其光催化性能,并探索其降解有机污染物的光催化性能。首先,本文创新性地提出离子液体辅助机械球磨法来构筑BiOBr-IL超薄纳米片,并选择其他合适的材料与之复合。其次,通过一系列表征探究材料的组成结构、形貌特征以及光学性质。最后,选取合适的目标污染物考察材料光催化降解性能,并提出可能的反应机理。本文具体研究内容如下:1.在常温常压条件下,以离子液体([C16mim]Br)为溴源,通过机械球磨法成功制备得到了BiOBr-IL超薄纳...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太阳光照射条件下半导体光催化剂降解污染物机理[10]
杂陬榛?牧希?经常采用元素掺杂以及金属Bi沉积对其进行修饰以提升其光催化性能[47,51]。Huang[51]等人以宽带隙BiOIO3为模板，通过简单的NaBH4辅助原位还原法合成了Bi/I修饰的BiOIO3。如图1.2所示，金属Bi的表面等离子共振效应和I掺杂的协同作用使BiOIO3具有更窄的带隙和更强的载流子分离能力，从而使其具有更好的催化活性。Bi/I修饰的BiOIO3不但表现出比BiOIO3单体更强的光反应活性，而且对多种工业污染物和药物具有强光氧化性能，可以分解苯酚、2,4-二氯苯酚、双酚A、罗丹明B、盐酸四环素以及NO气体。图1.2BiOIO3@X在可见光照射下的电荷分离原理图及可能的反应机理[51]Fig.1.2SchematicdiagramofchargeseparationandthepossiblereactionmechanismofBiOIO3@Xundervisiblelightirradiation[51]1.2.3光催化技术的应用太阳能作为一种可再生的绿色能源，不会产生污染，并且能够满足人类社会现在以及未来对于能源的需求。半导体光催化技术可以有效利用太阳能，同时进行能量转换与环境修复，已经引起诸多研究者的兴趣，成为环境修复与能源转换领域的研究热门（图1.3）[52]。在环境修复领域，半导体光催化技术除了应用于
机械球磨法合成溴氧铋基材料及其增强光催化降解有机污染物的研究6光催化降解水体污染物外，还可用于氮氧化物以及挥发性有机污染物的去除[53]；在能源转换领域，光催化技术已经被应用到光催化固氮[54]、光催化二氧化碳还原[55]、以及光催化分解水产氢[54,56]等研究方向。图1.3光催化技术的应用领域[52]Fig.1.3Applicationofphotocatalysistechnology[52]1.3BiOX光催化剂在铋基光催化材料中，BiOX因其具有良好的稳定性和优异的光催化性能，目前已经被广泛应用于水体中有机污染物的控制研究领域[57,58]。BiOX的结构为PbFCl型四方晶系，属于典型的V-VI-VII族金属卤氧化物。如图1.4所示，BiOX中[Bi2O2]2+层与双卤素原子层交织排布，形成层状结构。在BiOX晶体中，内层原子之间通过强的共价键作用连接，层间则是通过弱的范德华作用力连接。这种开放的层状晶体结构能够使其具有足够的空间来极化相关原子和轨道，进而在沿着与[Bi2O2]2+和[X]－层相垂直的方向上形成固有的内部静电场[57]。这种自生的内部静电场能够促进材料中光生电子空穴对的有效分离，从而使BiOX具有优异的光催化活性[59]。图1.4BiOX的结构示意图[57]Fig.1.4StructuralmodelillustrationsofBiOX[57]
本文编号：3361099
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太阳光照射条件下半导体光催化剂降解污染物机理[10]
杂陬榛?牧希?经常采用元素掺杂以及金属Bi沉积对其进行修饰以提升其光催化性能[47,51]。Huang[51]等人以宽带隙BiOIO3为模板，通过简单的NaBH4辅助原位还原法合成了Bi/I修饰的BiOIO3。如图1.2所示，金属Bi的表面等离子共振效应和I掺杂的协同作用使BiOIO3具有更窄的带隙和更强的载流子分离能力，从而使其具有更好的催化活性。Bi/I修饰的BiOIO3不但表现出比BiOIO3单体更强的光反应活性，而且对多种工业污染物和药物具有强光氧化性能，可以分解苯酚、2,4-二氯苯酚、双酚A、罗丹明B、盐酸四环素以及NO气体。图1.2BiOIO3@X在可见光照射下的电荷分离原理图及可能的反应机理[51]Fig.1.2SchematicdiagramofchargeseparationandthepossiblereactionmechanismofBiOIO3@Xundervisiblelightirradiation[51]1.2.3光催化技术的应用太阳能作为一种可再生的绿色能源，不会产生污染，并且能够满足人类社会现在以及未来对于能源的需求。半导体光催化技术可以有效利用太阳能，同时进行能量转换与环境修复，已经引起诸多研究者的兴趣，成为环境修复与能源转换领域的研究热门（图1.3）[52]。在环境修复领域，半导体光催化技术除了应用于
机械球磨法合成溴氧铋基材料及其增强光催化降解有机污染物的研究6光催化降解水体污染物外，还可用于氮氧化物以及挥发性有机污染物的去除[53]；在能源转换领域，光催化技术已经被应用到光催化固氮[54]、光催化二氧化碳还原[55]、以及光催化分解水产氢[54,56]等研究方向。图1.3光催化技术的应用领域[52]Fig.1.3Applicationofphotocatalysistechnology[52]1.3BiOX光催化剂在铋基光催化材料中，BiOX因其具有良好的稳定性和优异的光催化性能，目前已经被广泛应用于水体中有机污染物的控制研究领域[57,58]。BiOX的结构为PbFCl型四方晶系，属于典型的V-VI-VII族金属卤氧化物。如图1.4所示，BiOX中[Bi2O2]2+层与双卤素原子层交织排布，形成层状结构。在BiOX晶体中，内层原子之间通过强的共价键作用连接，层间则是通过弱的范德华作用力连接。这种开放的层状晶体结构能够使其具有足够的空间来极化相关原子和轨道，进而在沿着与[Bi2O2]2+和[X]－层相垂直的方向上形成固有的内部静电场[57]。这种自生的内部静电场能够促进材料中光生电子空穴对的有效分离，从而使BiOX具有优异的光催化活性[59]。图1.4BiOX的结构示意图[57]Fig.1.4StructuralmodelillustrationsofBiOX[57]
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