卤氧化铋纳米材料的合成及其光催化性质研究

发布时间：2017-10-26 12:32

  本文关键词：卤氧化铋纳米材料的合成及其光催化性质研究

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【摘要】：纺织业和工业排放的污水中包含非常多的有机污染物。一些环境专家指出,这些污染不仅会让全球气候变暖,而且会威胁到我们人类的生存。为了消除这类污染,近年来科学家们为发展光催化材料做了大量的努力。二氧化钛作为传统的光催化材料在这些年取得了较快的进展,例如裂解水产生氢气、净化空气和废水、分解有机污染物。然而二氧化钛的带隙能是3.2eV,所以只能在紫外线的照射下被激发,这就大大限制了它的实际应用。因此修饰二氧化钛或寻找具有可见光响应的新颖光催化剂迫在眉睫。作为一个含有V VI VII三族元素的半导体材料,并且含有四方氟氯铅矿构造的卤化氧铋(BiOX,X=Cl、Br、I)引起了科学界的大量的关注,由于其含有特殊的电性能和光学性质可以用作光催化材料。因而,我们有必要去探寻一种简单的制备法来合成具有较高的光降解效率,很强的稳定性而且可以被多次轮回使用的BiOX(X=Cl、Br、I)光催化材料。在本文中,我们采用简单的溶剂热法合成出了一系列的BiOX光催化材料,并细致地研究了反应条件对其形貌和性质的影响。具体工作如下:(1)在没有任何表面活性剂参与的情况下,采取简单的溶剂热法合成出一系列片状BiOCl,样品的结晶性良好,片层厚度可以调节。得到的样品我们都通过XRD,SEM,SAED,HRTEM,N2吸脱附测试,DRS等对其进行了表征。不管是在紫外光还是可见光的照射下,罗丹明B(RhB)都可以被方片状BiOCl分解。值得注意的是,BiOCl纳米片不光有很好的可重复利用性,而且在数次轮回使用后,依旧显示出优越的光催化活性。(2)具有3-D微球状结构的BiOBr通过使用二乙二醇(DEG)作为溶剂和软模板,采用溶剂热法合成。并深入探究了微球状BiOBr的形成机理,讨论了可能存在的光催化机理。引人注目的是,微球状BiOBr的比表面积较大,可达到55.93 m 2/g。除此之外,BiOBr微球在可见光下降解甲基橙(MO)和RhB时都显示出较高的光催化活性。在短短50分钟内降解MO的效率可达到98.10%,而降解98.64%的RhB仅仅需要30分钟。BiOBr微球有望作为高效光催化剂来降解有机污染物从而促进环境修复。(3)在表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的辅助下,用简单、温和的溶剂热方法制备出球状BiOI。并细致地研究了PVP的质量,Bi和I的摩尔比对生成BiOI的形貌和性质的影响。利用猝灭剂实验探究了球状BiOI的光催化机理。BiOI的光催化活性通过测试MO,RhB和亚甲基蓝(MB)的降解效率来进行评估。实验结果表明,球状BiOI拥有优越的光催化性能,这将为处理水中的有机污染物提供了新的契机。
【关键词】：BiOX 光催化 溶剂热合成 罗丹明B 甲基橙
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ135.32
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 光催化技术概述11-15
• 1.1.1 光催化技术的研究背景11-12
• 1.1.2 光催化的概念和基本原理12-14
• 1.1.3 光催化材料的制备方法14-15
• 1.2 光催化材料的研究进展15-19
• 1.2.1 TiO_2光催化材料的研究进展15-18
• 1.2.2 卤氧化铋光催化材料的研究进展18-19
• 1.3 光催化材料的应用19-21
• 1.3.1 水的净化19-20
• 1.3.2 空气的净化20-21
• 1.3.3 清洁能源的产生21
• 1.4 本论文的研究意义和内容21-23
• 1.4.1 研究意义21-22
• 1.4.2 研究内容22-23
• 第二章 BiOCl纳米片的合成及其光催化性能研究23-37
• 2.1 引言23
• 2.2 实验部分23-27
• 2.2.1 实验试剂及装置23-25
• 2.2.2 BiOCl催化剂的制备25
• 2.2.3 催化剂的表征25-26
• 2.2.4 光催化性能测试26-27
• 2.3 实验结果与讨论27-36
• 2.3.1 BiOCl的物相分析27
• 2.3.2 BiOCl的形貌分析27-30
• 2.3.3 BiOCl的比表面积分析(BET)30-31
• 2.3.4 BiOCl的光学吸收性质31-32
• 2.3.5 样品的光催化性能测试32-34
• 2.3.6 样品的光催化机理34-35
• 2.3.7 样品的循环稳定性能测试35-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 微球状BiOBr的制备及其光催化性能研究37-51
• 3.1 引言37-38
• 3.2 实验部分38-40
• 3.2.1 实验试剂及装置38-39
• 3.2.2 BiOBr催化剂的制备39-40
• 3.2.3 催化剂的表征40
• 3.2.4 光催化实验40
• 3.3 实验结果与讨论40-49
• 3.3.1 X-射线衍射分析(XRD)40-41
• 3.3.2 BiOBr的形貌分析41-43
• 3.3.3 BiOBr微球的形成机理43-44
• 3.3.4 样品的比表面积分析(BET)44-45
• 3.3.5 样品的光吸收性质45-46
• 3.3.6 样品的光催化性能测试46-47
• 3.3.7 样品的光催化机理47-48
• 3.3.8 样品的循环稳定性48-49
• 3.4 小结49-51
• 第四章 BiOI的合成及其光催化性能研究51-63
• 4.1 引言51
• 4.2 实验部分51-54
• 4.2.1 实验试剂及装置51-53
• 4.2.2 BiOI催化剂的制备53
• 4.2.3 催化剂的表征53-54
• 4.2.4 光催化实验54
• 4.3 实验结果与讨论54-62
• 4.3.1 X-射线衍射分析(XRD)54-56
• 4.3.2 BiOI的形貌分析56-58
• 4.3.3 比表面积的分析(BET)58
• 4.3.4 样品的光吸收性质58-59
• 4.3.5 样品的光催化活性59-60
• 4.3.6 样品的光催化机理60-61
• 4.3.7 样品的循环稳定性61-62
• 4.4 小结62-63
• 第五章 结论与展望63-65
• 5.1 结论63-64
• 5.2 展望64-65
• 参考文献65-73
• 致谢73-75
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录75-76

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本文编号：1098737