鉍基氧化物異質結的合成設計及其光催化性能研究.pdf

1、目前能源問題和環境問題對人們的生活影響越來越大,而光催化技術是有望解決這兩大難題的最友好的途徑。它可以直接利用太陽能來降解有毒的、難降解的有機物(如鹵代物、染料、農藥,苯酚及其衍生物等)。光催化技術不需要人工能源,就能徹底礦化有機污染物且不會引起二次污染。開發具有可見光響應的新型光催化劑是近年來光催化領域的研究熱點。本論文主要進行了基于Bi2O3及其異質結微納米材料的制備及光催化性能的研究。具體研究內容包括:
　　1.采用水熱法,

2、合成了草酸鉍微米棒和由納米棒自組裝而成的微米花球?？諝庵?00℃高溫煅燒2小時,得到Bi2O3多孔微米棒和微米花球。研究了Bi2O3多孔結構在模擬太陽光照射下對毒性有機物苯酚的降解反應。實驗結果表明,Bi2O3多孔花球具有較好的光催化活性,2小時內幾乎可以將苯酚完全降解。Bi2O3多孔花球高效的光催化活性歸因于它比一維Bi2O3多孔微米棒具有更大的比表面積和孔體積。探究Bi2O3多孔花球降解苯酚過程的機理表明,光生空穴和·O2?是主要的

3、活性物種。
　　2.以一維草酸鉍微米棒為模板,水熱合成一維草酸鉍/鎢酸鉍異質結?？諝庵?00℃高溫煅燒得到結構新穎的一維多孔Bi2O3/Bi2WO6 p-n異質結。鎢酸鉍納米片有序地沿著軸向垂直生長在Bi2O3表面。利用X-射線粉末衍射(XRD)、場發射掃描電子顯微鏡(FESEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X-射線光電子能譜學(XPS)、N2吸附/解吸和比表面積(BET)等對產物的形貌、結構及光學性能進行表征。在模擬太陽光以及可

4、見光的照射下,異質結的光催化活性比單獨的Bi2O3納米棒和Bi2WO6花球都要好,這主要是由于異質結的形成不僅拓寬了可見光的吸收范圍,并且其內部靜電場加速了光生電子-空穴對的有效分離。同時,一維有序納米結構也有利于電子和空穴的定向遷移和分離。這項工作將會為在光催化應用和光電設備方面,設計合成先進材料提供了一個新的認識。
　　3.以上文合成的多孔Bi2O3棒為犧牲模板,低溫水浴合成具有較高光催化活性及吸附性能的一維Bi2O2CO3/

5、Bi4O5I2/BiOI異質結。利用XRD、FESEM、HRTEM、BET和FTIR等對產物的形貌、結構及光學性能進行表征。通過在可見光下降解染料RhB來檢測催化劑的光催化性能,實驗結果表明,Bi2O2CO3/Bi4O5I2/BiOI異質結比純BixOyIz,Bi2O3和Bi2O2CO3的催化性能都好。在Bi2O2CO3/Bi4O5I2/BiOI異質結中,由于合適的價帶導帶位置,有利于光生電子-空穴對的有效傳遞和分離,從而導致光催化活性