低维钨酸铋基异质结构纳米材料的合成与光催化性能研究

发布时间：2017-08-29 14:30

  本文关键词：低维钨酸铋基异质结构纳米材料的合成与光催化性能研究

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【摘要】：钨酸铋(Bi_2WO_6)是一种由[Bi_2O_2]~(2+)层和[WO4]2-层交替排列构成的钙钛矿层状结构的新型可见光响应型光催化剂。它的导带是由W 5d轨道组成,价带由O 2p和Bi 6s杂化轨道组成,这一结构特点使其禁带宽度较窄(约为2.7 eV),能被可见光激发,具有较高的光催化活性。虽然关于不同形貌、不同结构的Bi_2WO_6光催化剂的可控合成方法已经取得很大进展,但是由于其光生电荷复合率较高,导致其光催化活性仍然较低,所以寻找合适的物质来构建异质结构是克服这一缺点的重要方法。另外,通过改变合成方法优化半导体的形貌,进而增大其比表面积以及光催化活性位点,也是提高光催化活性的重要途径之一。本论文的主要研究内容如下:1.通过静电纺丝技术和焙烧过程相结合成功合成了直径为500 nm-1μm的In_2O_3/Bi_2WO_6异质结构微米带。合成的In_2O_3/Bi_2WO_6异质结构微米带具有良好的形貌特征;与纯相Bi_2WO_6相比,该异质结构微米带在模拟太阳光照下具有增强的光催化活性,4.5 h光照下对甲基橙(MO)的降解率可达82%,而纯相Bi_2WO_6的降解率仅为54.1%。2.通过调控纺丝工艺参数和焙烧工艺,成功制备出直径约为300 nm的一维CeO_2/Bi_2WO_6异质结构纳米纤维。由于CeO_2/Bi_2WO_6异质结构纳米纤维可以促进光生电子空穴的分离且催化剂和反应物之间具有较大的接触面积,因此其在可见光照射下对于降解罗丹明B(RhB)具有很好的光催化活性,且能够很好地分离出来进行循环降解实验。3.可控电纺合成结合烧结工艺成功合成了直径约为500 nm的一维ZnO/Bi_2WO_6异质结构亚微米带。样品呈现出良好的形貌和稳定性,异质结的构建促进了光生电子空穴的分离,较大的比表面积提供了更多的反应活性位点,使得该催化剂在紫外-可见光的照射下降解罗丹明B(Rh B)时,具有良好的循环降解性能。本文还对ZnO/Bi_2WO_6异质结构亚微米带的合成机理和光催化反应机理进行了详细分析。4.结合静电纺丝法和焙烧过程这一直接简单的工艺成功制备出直径约为300-500 nm的一维α-Fe_2O_3/Bi_2WO_6异质结构纳米纤维,发现α-Fe_2O_3/Bi_2WO_6异质结的构建可以抑制光生电子空穴对的复合,与纯相Bi_2WO_6相比,α-Fe_2O_3/Bi_2WO_6异质结构纳米纤维在可见光照射下降解亚甲基蓝(MB)具有更好的光催化活性,降解率达82.04%。5.通过改变静电纺丝前驱溶胶的配比参数和焙烧程序成功制备出直径约为300 nm的一维α-Fe_2O_3/Bi_2WO_6异质结构纳米管。实验表明,α-Fe_2O_3/Bi_2WO_6异质结构纳米管是由α-Fe_2O_3纳米颗粒和Bi_2WO_6纳米片组成的,且这一新颖的形貌特征可以增大催化剂的比表面积,从而提高其光催化性能。与纯相Bi_2WO_6相比,该α-Fe_2O_3/Bi_2WO_6异质结构纳米管光催化剂不仅提高了在可见光下降解罗丹明B(RhB)的光催化活性,且容易分离,可进行回收循环降解实验。综上所述,本论文的研究工作主要是通过结合静电纺丝技术和焙烧工艺制备钨酸铋基异质结构纳米材料,并对不同有机染料进行降解,研究比较了异质结构和纯相钨酸铋材料的光催化性能、稳定性以及可循环实验。另外,本论文还对异质结构纳米材料光催化剂的合成机理和光催化反应机理进行了讨论。
【关键词】：一维 钨酸铋 异质结构 光催化
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;O643.36
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 研究背景13-15
• 1.2 静电纺丝技术简介15
• 1.3 静电纺丝技术在光催化方面的优势15-16
• 1.4 两种半导体异质结构的光催化反应机理16
• 1.5 本论文研究内容16-19
• 第2章 In_2O_3/Bi_2WO_6异质结构微米带的合成及其光催化性能研究19-27
• 2.1 前言19
• 2.2 实验部分19-21
• 2.2.1 实验试剂19
• 2.2.2 前驱体溶胶的配置19-20
• 2.2.3 静电纺丝过程及焙烧20
• 2.2.4 实验测试仪器20
• 2.2.5 光催化性能测试20-21
• 2.3 结果与讨论21-26
• 2.3.1 样品的TG-DSC表征21
• 2.3.2 样品的FT-IR测试21-22
• 2.3.3 样品的XRD测试22-23
• 2.3.4 样品的形貌表征23-25
• 2.3.5 样品的BET表征25
• 2.3.6 样品的漫反射测试25-26
• 2.3.7 样品的光催化性能测试26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 CeO_2/Bi_2WO_6异质结构纳米纤维的合成及其光催化性能研究27-39
• 3.1 前言27
• 3.2 实验部分27-28
• 3.2.1 实验试剂27
• 3.2.2 前驱体溶胶的配置27
• 3.2.3 静电纺丝过程及焙烧27-28
• 3.2.4 实验测试仪器28
• 3.2.5 光催化性能测试28
• 3.3 结果与讨论28-37
• 3.3.1 样品的TG-DSC表征28-29
• 3.3.2 样品的FT-IR表征29-30
• 3.3.3 样品的Raman表征30
• 3.3.4 样品的形貌表征30-32
• 3.3.5 样品的XRD测试32-33
• 3.3.6 样品的XPS测试33-34
• 3.3.7 样品的BET表征34-35
• 3.3.8 样品的紫外漫反射与光催化性能测试35-36
• 3.3.9 样品的光催化反应机理36-37
• 3.4 本章小结37-39
• 第4 章一维ZnO/Bi_2WO_6异质结构亚微米带的静电纺丝合成及其光催化性能研究39-53
• 4.1 前言39
• 4.2 实验部分39-41
• 4.2.1 实验试剂39-40
• 4.2.2 前驱体溶胶制备40
• 4.2.3 静电纺丝过程过程及焙烧40
• 4.2.4 实验测试仪器40-41
• 4.2.5 光催化性能测试41
• 4.3 结果与讨论41-52
• 4.3.1 样品的TG-DSC表征41-42
• 4.3.2 样品的FT-IR表征42-43
• 4.3.3 样品的XRD测试43
• 4.3.4 样品的形貌表征43-45
• 4.3.5 样品的XPS测试45-46
• 4.3.6 样品的BET表征46-47
• 4.3.7 样品的紫外漫反射测试47-48
• 4.3.8 样品的光催化性能测试48-51
• 4.3.9 样品的光催化反应机理51-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第5章 静电纺丝合成α-Fe_2O_3/Bi_2WO_6异质结构纳米纤维及其光催化性能研究53-61
• 5.1 前言53
• 5.2 实验方案53-54
• 5.2.1 实验试剂53
• 5.2.2 前驱体溶胶的配置53
• 5.2.3 静电纺丝过程及焙烧53-54
• 5.2.4 实验测试仪器54
• 5.2.5 光催化性能测试54
• 5.3 结果与讨论54-60
• 5.3.1 样品的TG-DSC表征54-55
• 5.3.2 样品的XRD测试55-56
• 5.3.3 样品的形貌表征56-58
• 5.3.4 样品的XPS测试58
• 5.3.5 样品的BET表征58-59
• 5.3.6 样品的紫外漫反射测试59
• 5.3.7 样品的光催化性能测试59-60
• 5.3.8 样品的光催化反应机理60
• 5.4 本章小结60-61
• 第6章 α-Fe_2O_3/Bi_2WO_6异质结构纳米管的合成及其光催化性能研究61-69
• 6.1 前言61
• 6.2 实验部分61-63
• 6.2.1 实验试剂61
• 6.2.2 前驱体溶胶的配置61-62
• 6.2.3 静电纺丝过程及焙烧62
• 6.2.4 实验测试仪器62
• 6.2.5 光催化性能测试62
• 6.2.6 α-Fe_2O_3/Bi_2WO_6异质结构纳米管的形成机理62-63
• 6.3 结果与讨论63-68
• 6.3.1 样品的XRD测试63-64
• 6.3.2 样品的形貌表征64-66
• 6.3.3 样品的XPS测试66
• 6.3.4 样品的BET表征66-67
• 6.3.5 样品的紫外漫反射和光催化性能测试67-68
• 6.4 本章小结68-69
• 第7章 结论与展望69-71
• 7.1 结论69-70
• 7.1.1 本论文研究创新点69-70
• 7.2 展望70-71
• 参考文献71-81
• 致谢81-83
• 在学期间主要科研成果83
• 一、发表学术论文83
• 二、其它科研成果83

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本文编号：753790