可见光响应的铋系光催化复合材料的制备及其性能研究

发布时间：2017-10-04 17:35

  本文关键词：可见光响应的铋系光催化复合材料的制备及其性能研究

  更多相关文章： 光催化 异质结 BiOBr/BiVO_4 CuO/BiOBr 罗丹明B 亚甲基蓝

【摘要】：环境污染一直是困挠人们的一大难题。而光催化技术在污水处理和空气净化方面的应用缓解了环境问题。一直以来,Ti02在光催化降解有害物质中发挥重要作用,但其本身的结构缺陷也限制了它的使用。如,只能在紫外光下进行光催化,且禁带宽度较大等。近年来,科学家研制了大量的新型未掺杂的单相复合金属氧化物光催化剂,例如,BiVO4、 CaBi2O4、BiOBr等,均在可见光范围显示出一定的光催化能力,但是这些新材料的光催化活性非常有限。这些催化剂比表面积较小,激发的电子和空穴对的迁移距离较长,体相复合机率增加,而复合是损耗能量的,这就导致了较低的光催化活性。利用二元或多元组分构筑复合光催化材料是提高光催化活性的重要手段之一。本文围绕上述内容,设计了两种异质结构(n-n、 p-n)的光催化复合材料,通过对有机染料罗丹明B(RhB)和亚甲基蓝(MB)的降解研究其光催化性能。主要开展了以下几方面的工作：1.水热法制备片状BiOBr和柱状BiVO4,并通过超声波将制备好的BiOBr和BiVO4混合均匀,形成BiOBr/BiVO4 (n-n型)异质结复合光催化材料。两种不同半导体混合后,形成的异质结光催化材料的禁带宽度(2.1 eV)比单相复合金属氧化物光催化剂BiOBr (2.88 eV)和BiVO4 (2.3 eV)要窄。可见光下对RhB的光催化降解实验结果表明,在2h内BiOBr与BiVO4的质量比为1：1时,降解率可达92%,高于单相BiOBr和BiVO4的降解率。显然,BiOBr与BiVO4异质结的协同作用可以有效的提高可见光下的光催化能力。2.水热法合成BiOBr,通过煅烧的方法将Cu (NO3) 3·3H2O转化成CuO。然后机械混合均匀,制备不同质量比的CuO/BiOBr (p-n型)异质结复合光催化材料。将制备好的材料用于降解不同浓度的MB溶液,并研究其光催化性能。结果表明当CuO与BiOBr的质量比为1：1时,光催化降解率最高。两种半导体复合物的光催化活性要强于单一的催化剂。以上结果表明,合理的设计n-n、 p-n异质复合物,将提高光催化剂在可见光范围内的吸收效率；半导体之间形成的异质结构将促进光生载流子的有效分离,实现了在可见光下对有机污染物的高效降解。本论文为异质结构复合物可见光光催化剂和制备提供了可行的方法,为光催化的进一步应用与发展提供了有价值的参考。
【关键词】：光催化 异质结 BiOBr/BiVO_4 CuO/BiOBr 罗丹明B 亚甲基蓝
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-30
• 1.1 课题背景及其研究意义14-15
• 1.2 铋系光催化技术的发展现状15-22
• 1.2.1 铋系光催化剂研究进展15-20
• 1.2.1.1 BiVO_415-16
• 1.2.1.2 Bi_2MoO_616-17
• 1.2.1.3 Bi_2O_317
• 1.2.1.4 Bi_2WO_617-18
• 1.2.1.5 高价铋化合物18-20
• 1.2.2 光催化作用原理20-22
• 1.3 影响半导体铋系异质结光催化材料性能的因素22-24
• 1.4 光催化技术的应用24-27
• 1.4.1 空气净化领域25-26
• 1.4.2 光催化技术应用于水体净化26-27
• 1.4.2.1 有机污染物降26-27
• 1.4.2.2 无机污染物的光催化27
• 1.5 光催化技术的前景27
• 1.6 本论文的选题意义、实验设计及创新点27-30
• 1.6.1 本论文的选题意义27-28
• 1.6.2 本论文实验设计28
• 1.6.3 本论文的创新点28-30
• 第二章 实验材料与研究方法30-39
• 2.1 实验试剂及设备30-31
• 2.1.1 实验所用化学试剂30
• 2.1.2 常用仪器设备30-31
• 2.2 实验测试与分析31-34
• 2.2.1 X-射线粉末衍射(XRD)分析31-32
• 2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)形貌分析32-33
• 2.2.3 透射电子显微镜(TEM)分析33
• 2.2.4 傅里叶红外光谱(FTIR)分析33
• 2.2.5 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)分析33-34
• 2.3 光催化性能表征34-39
• 2.3.1 罗丹明B(RhB)34-35
• 2.3.2 亚甲基蓝(MB)35-36
• 2.3.3 光催化反应的光源36
• 2.3.4 光催化性能测试36-38
• 2.3.5 空白实验38-39
• 第三章 BiOBr/BiVO_4的制备及光催化性能研究39-49
• 3.1 引言39-40
• 3.2 实验部分40-41
• 3.2.1 BiOBr的制备40
• 3.2.2 BiVO_4的制备40-41
• 3.2.3 BiOBr/BiVO_4的制备41
• 3.3 结果与讨论41-48
• 3.3.1 XRD分析41-42
• 3.3.2 FT-IR分析42-43
• 3.3.3 SEM和TEM分析43-44
• 3.3.4 UV-Vis DRS分析44-45
• 3.3.5 光催化性能测试45-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 CuO/BiOBr制备及光催化性能49-60
• 4.1 引言49-51
• 4.2 实验部分51-52
• 4.2.1 CuO的制备51
• 4.2.2 BiOBr的制备51-52
• 4.2.3 CuO/BiOBr的制备52
• 4.3 CuO/BiOBr的结果与讨论52-58
• 4.3.1 XRD分析52-53
• 4.3.2 SEM分析53-55
• 4.3.2.1 200 ℃、300℃、400℃下CuO的SEM图53-55
• 4.3.2.2 CuO/BiOBr的SEM图55
• 4.3.3 不同比例的催化剂对光催化性能的影响55-56
• 4.3.4 不同煅烧温度下形成的CuO/BiOBr对MB的降解56-57
• 4.3.5 不同浓度的MB溶液对光催化性能的影响57-58
• 4.4 本章小结58-60
• 结论60-62
• 参考文献62-69
• 攻读学位期间发表论文和专利69-71
• 致谢71

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本文编号：971952