BiOBr及其复合材料的制备与光催化性能

发布时间：2017-08-16 21:20

  本文关键词：BiOBr及其复合材料的制备与光催化性能

  更多相关文章： BiOBr (001)面 Bi_2S_3 CdSe 量子点 光催化

【摘要】：当今社会,环境污染是全球经济可持续发展中遇到的重大社会问题之一,也是许多科学家们研究的热点问题之一。半导体光催化技术以其环保、能耗低、无二次污染等优点,在应对和解决水污染和空气污染方面越来越受到人们的关注。尽管二氧化钛(TiO2)是目前光催化领域中最为广泛研究的半导体催化剂。然而,由于其较大的带隙能(3.2 eV),只能被紫外光(λ380 nm)激发,对太阳能的利用率较低。因此,开发具有可见光响应的光催化剂成为许多研究者的新方向。在本文中,以新型可见光催化剂BiOBr为研究对象,通过晶面/形貌调控、原位复合、量子点沉积复合等途径进一步促进了BiOBr的光生电子-空穴的分离效率和拓宽其光响应范围。通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、能量散射X射线谱(EDS)、透射电镜(TEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、荧光光谱(PL)、比表面积和光电流测试等手段,对催化剂样品的形貌、晶相结构、光吸收性能、表面元素分析、比表面大小、光生载流子的分离效率等进行了研究分析,本论文主要包括以下三个体系:(1)具有高(001)面暴露率的BiOBr正方片的制备及其可见光降解甲基橙(MO)的研究。采用简单的溶剂热法,调节混合溶剂中水和乙二醇的体积比,制备出不同形貌的BiOBr晶体,其(001)面暴露率不同。通过在可见光下降解甲基橙实验,研究其光催化活性与(001)面的暴露率的变化关系。研究表明,当水和乙二醇的体积比为1:1时,合成的BiOBr正方片具有(001)面的暴露率高,比表面积较大的优点。可见光下光催化降解实验表明,BiOBr正方片样品表现了最高的光催化活性,(001)面暴露率是影响光催化活性主要因素,比表面积大小是影响活性的次要因素。(2)BiOBr@Bi_2S_3的原位合成及其可见光降解甲基橙(MO)的研究。以乙二醇为溶剂,溶剂热法合成BiOBr空心微球,以Na2S为硫源,通过简单的离子交换在BiOBr表面原位合成Bi_2S_3,制备出新型BiOBr@Bi_2S_3核壳结构复合光催化剂。通过控制硫源的量,探讨不同Bi_2S_3含量的BiOBr@Bi_2S_3复合样品光催化降解MO活性。研究表明,复合样品都展现了强的可见光响应。与单纯的BiOBr和Bi_2S_3相比,所有的BiOBr@Bi_2S_3复合样品在可见光下的降解活性都显著增强。当Bi_2S_3摩尔百分比为8%时,BiOBr@Bi_2S_3样品光催化活性最高。BiOBr@Bi_2S_3样品活性增强的主要原因是Bi_2S_3和BiOBr表面间形成的紧密异质结,加快了光生电子-空穴的有效分离。对降解过程中活性物种的分析可知,?O2-起主要作用。(3)QDs-CdSe/BiOBr复合微球的制备及其可见光还原Cr(VI)性能研究。首先通过醇热法制备BiOBr微球,并用硅烷偶联剂修饰使其表面带正电;在碱性条件下对Se粉进行还原,用巯基乙酸修饰制备表面带负电CdSe量子点溶胶。利用化学浴沉积法,通过静电作用将CdSe量子点沉积在BiOBr微球表面。通过二者的复合,提高载流子的分离效率并拓宽光吸收范围,从而提高了材料的的光催化活性。探讨不同CdSe量子点的负载量对BiOBr微球光催化活性的影响。光催化还原Cr(VI)实验表明,所有复合样品的可见光催化性能比纯的BiOBr活性都有所提高。其中5wt%QDs-CdSe/BiOBr的样品,在60 min内降解率达到90%;此外,重复性实验表明复合材料具有很好的光催化稳定性能。
【关键词】：BiOBr (001)面 Bi_2S_3 CdSe 量子点 光催化
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 光催化氧化还原技术10-14
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 光催化氧化有机污染物机理11-12
• 1.1.3 光催化还原制氢机理12-13
• 1.1.4 光催化还原Cr(VI)机理13-14
• 1.2 卤氧化铋光催化材料14-19
• 1.2.1 卤氧化铋的结构及性质14-15
• 1.2.2 卤氧化铋的制备方法15-16
• 1.2.3 卤氧化铋光催化材料研究中的问题16
• 1.2.4 BiOBr的改性研究16-19
• 1.3 选题依据及主要研究内容19-22
• 1.3.1 选题依据19-20
• 1.3.2 主要研究内容20-22
• 第2章 实验材料与分析方法22-28
• 2.1 试剂与仪器22-23
• 2.1.1 主要实验试剂22-23
• 2.1.2 主要实验仪器23
• 2.2 催化剂的表征23-28
• 2.2.1 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)分析23-24
• 2.2.2 透射电镜(TEM)分析24
• 2.2.3 能量散射X射线谱测试(EDS)24
• 2.2.4 X射线粉末衍射分析（XRD）24
• 2.2.5 紫外-可见(UV-vis)漫反射光谱分析24-25
• 2.2.6 荧光（PL）光谱分析25
• 2.2.7 光电流响应25
• 2.2.8 光催化性能测试25-28
• 第3章 具有高活性(001)面的BiOBr纳米正方片的合成及其光催化性能的研究28-38
• 3.1 引言28
• 3.2 实验过程28-29
• 3.3 结果与讨论29-37
• 3.3.1 晶相结构29-30
• 3.3.2 形貌特征30-33
• 3.3.3 光学性质33-34
• 3.3.4 比表面积分析34
• 3.3.5 光电流响应34-36
• 3.3.6 光催化活性36-37
• 3.4 小结37-38
• 第4章 BiOBr@Bi_2S_3的原位合成及其可见光催化性能研究38-48
• 4.1 引言38
• 4.2 实验过程38-40
• 4.2.1 BiOBr空心微球的制备：38-39
• 4.2.2 BiOBr@Bi_2S_3复合微球的制备：39
• 4.2.3 样品的光电流测试39
• 4.2.4 催化剂的活性评价39
• 4.2.5 表征39-40
• 4.3 结果与讨论40-47
• 4.3.1 样品的晶体结构40-41
• 4.3.2 样品的形貌41-42
• 4.3.3 样品的光吸收性能42
• 4.3.4 样品的比表面积42-43
• 4.3.5 样品的光催化活性43-44
• 4.3.6 样品的光电流分析44-45
• 4.3.7 样品的荧光分析45-46
• 4.3.8 光催化反应活性物种分析46-47
• 4.4 小结47-48
• 第5章 QDs-CdSe/BiOBr微球的制备及其光还原Cr(VI)活性研究48-58
• 5.1 引言48-49
• 5.2 实验过程49-50
• 5.2.1 QDs-CdSe/BiOBr样品的制备49
• 5.2.2 表征49
• 5.2.3 样品的光电流测试49-50
• 5.2.4 催化剂的活性评价50
• 5.3 结果与讨论50-56
• 5.3.1 形貌表征50-51
• 5.3.2 晶相结构51-52
• 5.3.3 光吸收性质52-53
• 5.3.4 荧光分析53-54
• 5.3.5 光催化性能研究54-55
• 5.3.6 光催化活性稳定性测试55-56
• 5.3.7 光电流响应分析56
• 5.4 小结56-58
• 第6章 论文总结58-60
• 参考文献60-68
• 致谢68-70
• 个人简历70

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