BiOCl薄膜的原位合成及其光催化性能研究

发布时间：2017-12-26 09:41

本文关键词：BiOCl薄膜的原位合成及其光催化性能研究　出处：《太原理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：BiOCl光催化剂因其独特的微观结构和电子跃迁模式,在水中染料降解方面表现出了较好的光催化活性,被认为是21世纪最具应用前景的光催化材料之一。但粉末催化剂在使用过程中表现出易团聚、回收再利用困难、运行费用高等问题,因此将粉末BiOCl催化剂固定化成为了该领域的研究重点。其中原位合成是一种直接在金属铋基表面生成BiOCl薄膜的制备方法,所制薄膜和基底有良好的相容性,最重要的是生长在金属铋基表面的薄膜与基底是以化学键连接,不易脱落;并且整个薄膜制备过程不需高温高压,具有反应条件温和、操作简单、易控制、节能环保等优点,故BiOCl薄膜光催化剂的原位合成方法越来越受到研究者们的关注。为此,本文以金属Bi板为基底,以原位合成BiOCl薄膜为目的,通过氧化还原法和电化学法制得了不同形貌的BiOCl薄膜光催化剂,并对其形成机理、物化性质以及光催化性能进行了考察,为该光催化剂的应用和发展提供了一定的借鉴和指导。主要研究内容如下:1.NaClO氧化还原法合成BiOCl薄膜及其光催化性能以NaClO为氯源,直接在金属Bi板上原位合成了四方晶相的BiOCl薄膜光催化剂,并对其组成结构、形貌特征以及光催化活性进行了考察,从中发现所制薄膜是由超薄纳米片组装而成的“毛线团”微球结构,在模拟太阳光照射下具有较好的光催化活性和稳定性。模拟太阳光下照射210min,98.2%的罗丹明B得到降解,经四次循环降解后降解率仍可维持在91.6%。经研究BiOCl薄膜的形成机理,我们发现乙二醇和NaCl O的氧化还原反应可以将Cl-缓慢释放,正是该缓慢释放的Cl-对直接在金属Bi板上合成不易脱落的BiOCl薄膜光催化剂发挥了重要作用。2.FeCl_3氧化还原法合成BiOCl薄膜及其光催化性能以三氯化铁(FeCl_3)为溶剂和氯源,在室温条件下,以金属铋板为铋源原位合成了BiOCl薄膜光催化剂,并对其组成结构、形貌特征以及光催化活性进行了考察,从中发现所制薄膜为四方晶相BiOCl,表面光滑完整,同时由高倍SEM发现该薄膜是由0.1-3μm薄而大的片状结构组成。所制薄膜在模拟太阳光照射下具有良好的光催化活性和稳定性。模拟太阳光照射180 min后,罗丹明B的降解率达到97.5%,经五次循环后对罗丹明B的降解率仍保持在96%以上。此外通过捕获剂实验发现BiOCl薄膜在光催化降解罗丹明B时,·O2-和h+是主要活性物种,且·O2-作用更大。3.电化学法合成BiOCl薄膜及其光催化性能以NaClO为电解质溶液,金属Bi板为阳极材料,石墨为阴极材料,利用电化学法在Bi板上原位合成了BiOCl薄膜,并对其组成结构和形貌特征进行表征,结果表明所制薄膜为组分单一的BiOCl催化剂且其表面形貌为均匀的片状结构。通过制备条件优化发现当NaClO用量为0.095 mol、电解电流为0.05 A、EDTA添加量为2 mmol且不改变溶液p H(p H=7.5)时所制薄膜的催化活性最佳,经模拟太阳光照射150 min后,磺胺甲恶唑(SMZ)的降解率达到89.8%,经五次循环使用后对SMZ的降解率仍在82%以上。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.2;O643.36

【参考文献】