天然铁电气石对卤氧化铋固溶体光催化活性的影响规律及其成因机制

发布时间：2017-08-20 00:24

  本文关键词：天然铁电气石对卤氧化铋固溶体光催化活性的影响规律及其成因机制

  更多相关文章： 光催化 醇解法 卤氧化铋 电气石

【摘要】：能源短缺及环境污染是全球范围面临的重大挑战。光催化技术直接利用太阳光作为反应光源,即可以制氢,又可以降解有机污染物,被视为具有巨大发展潜力的高新技术。在众多光催化剂中,卤氧化铋(Bi OX,X=Cl,Br,I)具有特殊的层状结构,表现出优异的光催化性能。本研究在讨论卤氧化铋固溶体光催化活性的基础上,重点研究了天然铁电气石对卤氧化铋固溶体光催化活性的影响规律及其成因机制。首先,采用常温下的醇解法制备卤氧化铋固溶体,包括Bi OCl_x Br_(1-x)、Bi OBr_x I_(1-x)、Bi OCl_x I_(1-x)(0≤x≤1)。X射线衍射(XRD)结果表明所制备的三组固溶体都具有极高的纯度和单一相;扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察发现所有卤氧化铋固溶体均呈现为疏松的片层结构;紫外-可见漫反射光谱测试(UV-vis DRS)结果表明三组固溶体中,随着x值的减小,催化剂对可见光的吸收逐渐增强,禁带宽度不断降低。以罗丹明B(Rh B)为目标污染物,评价了卤氧化铋固溶体的光催化反应效能,实验结果表明:Bi OCl_x Br_(1-x)固溶体中,当Cl:Br=1:1时样品的光催化效果最佳,Bi OCl_(0.5)Br_(0.5)光催化剂的用量为1 g/L、光催化时间为1.5 h时,20 mg/L的Rh B脱色率可达到100%;Bi OBr_x I_(1-x)固溶体中,Br:I=3:1时样品的光催化效果最佳,Bi OBr_(0.75)I_(0.25)光催化剂用量为1 g/L、光催化时间为2.5 h时,可使20 mg/L Rh B的脱色率达到100%;Bi OCl_x I_(1-x)固溶体中,Cl:I=3:1时样品的光催化效果最佳,Bi OCl_(0.75)I_(0.25)光催化剂用量为1 g/L、光催化为1.5 h时,20 mg/L的Rh B脱色率也可达到100%。然后,采用超声辅助的醇解法制备了电气石与最优化学计量比的卤氧化铋固溶体复合光催化材料,标记为Bi OCl_(0.5)Br_(0.5)/电气石、Bi OBr_(0.75)I_(0.25)/电气石、Bi OCl_(0.75)I_(0.25)/电气石。XRD结果表明少量电气石的加入不会改变卤氧化铋固溶体的晶体结构;SEM和TEM观察发现所有卤氧化铋固溶体均为疏松的片层结构并且与电气石成功复合。光催化实验研究表明,在Bi OCl_(0.5)Br_(0.5)/电气石体系中,合成温度为50℃、合成时间为8 h、电气石复合比例为5%条件下制备出的Bi OCl_(0.5)Br_(0.5)/电气石样品具有最优的光催化活性,电气石对Bi OCl_(0.5)Br_(0.5)光催化活性具有增强作用,UV-vis DRS结果表明电气石的加入降低了Bi OCl_(0.5)Br_(0.5)的禁带宽度。此外,电气石微粒表面存在永久的自发极化电场,可降低电子-空穴复合率,从而提高了Bi OCl_(0.5)Br_(0.5)的光催化活性。然而,在Bi OBr_(0.75)I_(0.25)/电气石及Bi OCl_(0.75)I_(0.25)/电气石体系中,电气石的加入并未对Bi OBr_(0.75)I_(0.25)及Bi OCl_(0.75)I_(0.25)的光催化性能产生正面影响,UV-vis DRS结果表明电气石的加入增加了Bi OBr_(0.75)I_(0.25)及Bi OCl_(0.75)I_(0.25)的禁带宽度。因此,电气石对于不同带隙卤氧化铋固溶体光催化活性的影响是不同的,电气石自发极化电场更易使宽带隙半导体的禁带变窄,而易使窄带隙半导体的禁带变宽,为电气石调制半导体带隙提供了重要的理论和实践参考。
【关键词】：光催化 醇解法 卤氧化铋 电气石
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;O644.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 课题的研究背景11-12
• 1.2 卤氧化铋光催化材料的研究现状12-14
• 1.2.1 卤氧化铋的结构特点12
• 1.2.2 单元卤氧化铋光催化材料的研究现状12-13
• 1.2.3 二元卤氧化铋光催化材料的研究现状13
• 1.2.4 卤氧化铋光催化材料的改性研究13-14
• 1.3 电气石矿物材料14-15
• 1.4 课题研究目的及内容15-16
• 1.4.1 课题研究目的15
• 1.4.2 课题的研究内容15-16
• 第2章 实验部分16-21
• 2.1 实验原料与仪器设备16-17
• 2.1.1 实验原料16
• 2.1.2 主要仪器与设备16-17
• 2.2 制备方法17-19
• 2.2.1 卤氧化铋固溶体的制备17-18
• 2.2.2 电气石与卤氧化铋固溶体复合光催化剂的制备18-19
• 2.3 表征方法19
• 2.3.1 X射线衍射(XRD)19
• 2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)19
• 2.3.3 透射电子显微镜(TEM)19
• 2.3.4 紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)19
• 2.3.5 比表面积测试(SBET)19
• 2.4 光催化实验19-20
• 2.5 本章小结20-21
• 第3章 卤氧化铋固溶体光催化性能评价21-33
• 3.1 BiOCl_xBr_(1-x)固溶体表征与光催化性能21-25
• 3.1.1 表征结果分析21-24
• 3.1.2 光催化性能评价24-25
• 3.2 BiOBr_xI_(1-x)固溶体表征与光催化性能25-28
• 3.2.1 表征结果分析25-27
• 3.2.2 光催化性能评价27-28
• 3.3 BiOCl_xI_(1-x)固溶体表征与光催化性能28-32
• 3.3.1 表征结果分析28-31
• 3.3.2 光催化性能评价31-32
• 3.4 卤氧化铋固溶体光催化机理分析32
• 3.5 本章小结32-33
• 第4章 电气石对宽带隙卤氧化铋固溶体光催化活性的影响及机理33-49
• 4.1 BiOCl_(0.5)Br_(0.5)/电气石表征分析33-39
• 4.2 BiOCl_(0.5)Br_(0.5)/电气石的形成机理39-40
• 4.3 BiOCl_(0.5)Br_(0.5)/电气石光催化性能评价40-45
• 4.4 电气石增强BiOCl_(0.5)Br_(0.5) 光催化活性的机理分析45-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第5章 电气石对窄带隙卤氧化铋固溶体光催化活性的影响及机理49-57
• 5.1 BiOBr_(0.75)I_(0.25)/电气石表征与光催化性能评价49-52
• 5.1.1 BiOBr_(0.75)I_(0.25)/电气石表征分析49-51
• 5.1.2 BiOBr_(0.75)I_(0.25)/电气石光催化性能评价51-52
• 5.2 BiOCl_(0.75)I_(0.25)/电气石表征与光催化性能评价52-54
• 5.2.1 BiOCl_(0.75)I_(0.25)/电气石表征分析52-53
• 5.2.2 BiOCl_(0.75)I_(0.25)/电气石光催化性能评价53-54
• 5.3 电气石影响窄带隙卤氧化铋固溶体光催化活性的机理54-56
• 5.4 本章小结56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-63
• 攻读学位期间发表的学术论文63-64
• 致谢64

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 曹维良,张凯华,张敬畅;纳米硫化镉制备条件对光催化活性的影响[J];北京化工大学学报(自然科学版);2004年01期

2 康振晋;;共沉淀法合成铁酸锶及其光催化活性研究[J];延边大学学报(自然科学版);2005年04期

3 王佛松,沙人玉,金应泰,王玉玲,郑玉莲;镧系元素化合物在异戊二烯聚合中的催化活性[J];中国科学;1979年12期

4 高孝恢,龙翔云,肖慎修,陈天朗;分子筛中轨道相互作用及其C~+的催化活性[J];催化学报;1988年04期

5 肖宝钧;林西平;;沸石表面酸性与催化活性的研究[J];沈阳化工学院学报;1989年01期

6 肖宝钧 ,陈丽特 ,王占华;几种氟化载体的表面酸性与催化活性研究[J];江苏化工学院学报;1990年02期

7 杨怀,丁容,解希元,高文兴;冶炼工艺与热处理工艺对骨架镍催化活性的影响[J];东北工学院学报;1990年01期

8 戴长飞;;含水氧化锆的催化活性[J];精细化工信息;1990年11期

9 曲雅焕，，杨明明;苯乙烯──丙烯酸载体──铁配合物的某些表征参数对其催化活性的影响[J];哈尔滨师范大学自然科学学报;1994年04期

10 李晓莉 ,曲雅焕 ,苏树贵;聚合物载体-钕配合物对丁二烯聚合的催化活性[J];长春师范学院学报;1994年05期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 李微雪;;铂台阶面的初始氧化及其对催化活性影响的理论研究[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年

2 刁鹏;张大峰;王静懿;何卫平;项民;张琦;;金纳米粒子修饰电极的电化学催化活性研究[A];中国化学会第26届学术年会纳米化学分会场论文集[C];2008年

3 殷立峰;包月平;牛军峰;;碳掺杂氧化钛纳米纤维的制备和光催化活性[A];持久性有机污染物论坛2011暨第六届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集[C];2011年

4 曹运珠;魏东明;侯克玲;张财顺;邢永恒;;钒氧配合物仿生催化活性研究[A];中国化学会第27届学术年会第08分会场摘要集[C];2010年

5 孙彬;周国伟;;二氧化钛纳米棒的水热法制备及其光催化活性[A];中国化学会第十四届胶体与界面化学会议论文摘要集-第6分会：胶体与界面化学技术、应用与产品[C];2013年

6 余济美;林隽;;热处理对二氧化钛光催化剂表面的吸附氧及催化活性影响[A];2000'全国光催化学术会议论文集[C];2000年

7 田宝柱;陈峰;张金龙;;明胶对二氧化钛晶相结构、平均粒径及光催化活性的影响[A];中国感光学会第七次全国会员代表大会暨学术年会和第七届青年学术交流会论文摘要集[C];2006年

8 余火根;王雪飞;王苹;余家国;;光敏性银类化合物的光稳定性与光催化活性[A];第十三届全国太阳能光化学与光催化学术会议学术论文集[C];2012年

9 徐悦华;梁达惠;刘满乐;刘定中;张伟祥;俞文灿;;光还原沉积铜二氧化钛的制备、表征及其光催化活性[A];2004年全国太阳能光化学与光催化学术会议论文集[C];2004年

10 潘伟;张进涛;马厚义;;钯纳米粒子的电化学可控合成和催化活性研究[A];中国化学会第十一届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 冯晓彤;两化工成果入选基础研究十大新闻[N];中国化工报;2008年

2 本报记者 邝小平;墙上喷溶胶 室内污染少[N];广东科技报;2004年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 马青兰;纳米ZnO的荧光调控及光催化性能研究[D];武汉大学;2013年

2 孙涛;钛酸锶能带结构调制及光催化应用研究[D];复旦大学;2014年

3 周海波;M_xCe_(1-x)O_y复合氧化物的制备及其催化N_2O分解性能研究[D];复旦大学;2014年

4 王义平;葡萄糖六磷酸脱氢酶G6PD的乙酰化调控及其在氧化应激过程中的作用和分子机制[D];复旦大学;2014年

5 张俊;碳化硅纳米复合材料的制备及其在光催化中的应用[D];南京大学;2015年

6 闫科;高氯酸锂非均相催化分解实验研究[D];浙江大学;2015年

7 赵辉;几种金属氧化物纳米催化材料的制备及催化性能、机理研究[D];江南大学;2015年

8 李晓微;TiO_2基球形材料的制备与光催化性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

9 张晓茹;N掺杂二氧化钛纳米材料的光电性质及光催化活性[D];吉林大学;2010年

10 张炜;糖-金属配合物的合成及其催化活性研究[D];中国海洋大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 夏龙飞;NiO_x/TiO_2的可控制备及其乙腈氢化反应的催化活性[D];上海交通大学;2015年

2 尹延峰;BiPO_4的制备及光催化活性的研究[D];大连海事大学;2016年

3 刘帆;基于分子筛封装Pt的催化材料性能研究[D];太原理工大学;2016年

4 李慧;N掺杂二氧化钛合成及其光催化性能的研究[D];太原科技大学;2015年

5 贾建明;SrTiO_3催化剂的改性及其可见光下降解印染废水的催化活性研究[D];浙江工业大学;2013年

6 李林林;2,5-二甲基-2,4-己二烯合成催化剂研究[D];浙江工业大学;2014年

7 邢俊玲;限域纳米孔道内分子氢键的构筑及其碱催化Henry反应性能研究[D];华东师范大学;2016年

8 方琴;C_3N_4-BiVO_4复合催化剂的制备及其可见光催化活性研究[D];南京大学;2016年

9 朱雪娇;碳纳米管—钨酸亚锡催化剂的合成及其可见光催化活性研究[D];南京大学;2016年

10 ABBAS AUMBER;基于纳米多孔铜电催化材料的制备及其催化和微观结构研究[D];山东大学;2016年

本文编号：703747