高效半導體光催化材料的制備及其光催化性能研究.pdf

1、世界經濟的高速發展帶來了全球范圍內的污染問題以及能源問題。盡管環境污染的治理耗費大量的時間、精力和金錢，然而效果甚微，因此空氣污染和水污染的處理將是21世紀人們面臨的重大挑戰。半導體光催化降解有機污染物不僅高效而且經濟，便于空氣有機污染物和水有機污染物的處理。因此，半導體光催化材料已被國內外廣泛研究。
　　n型半導體TiO2一直被認為是最有前途的光催化劑，但其約為3.2 eV的禁帶寬度限制了其在可見光區域的應用;禁帶寬度為2.0

2、eV的p型半導體Cu2O以及2.4 eV的n型半導體單斜白鎢礦BiVO4具有較強的可見光吸收是潛在的可見光催化材料，但光生電子-空穴對易于復合導致其光量子效率低。通過將不同半導體進行復合形成異質結以及擴大材料的光響應范圍被認為是提高半導體材料光催化性能的重要途徑。
　　本文旨在采用簡單而有效的方法制備具有優越光催化性能的Cu2O、TiO2和具有異質結構的BiVO4-Cu2O-TiO2復合可見光催化劑，并研究了所制備材料對甲基橙(M

3、O)和羅丹明B(RhB)的光催化降解性能。本論文的研究成果如下:
　　(1)在不添加任何模板劑的條件下，以硝酸銨作為導向劑，葡萄糖作為還原劑，采用簡單的溶劑熱法制備了直徑大約400-1000nm開口空心結構的Cu2O微球?？疾炝怂苽涞拈_口空心結構的Cu2O對MO和RhB降解的光催化性能。結果表明，經1h黑暗中的吸附和9W節能熒光燈2h的光照，Cu2O對MO的脫除率達到了99％，主要以吸附降解為主;經1h黑暗中的吸附和9W節能熒光

4、燈5h的光照，對RhB的脫除率為60％，主要以光催化降解為主。
　　(2)在添加NaF和HCl的條件下，通過溶劑熱法成功制備了具有高能(001)和(100)面的銳鈦礦型TiO2。產品由50-100nm的TiO2納米球和0.5-1μm的具有平滑晶面的微晶組成，首次觀察到了削角三棱柱形貌的TiO2。經黑暗中1h的吸附和300 W Xe燈3h的照射，TiO2對RhB的光催化活性為90.0％，脫除率為92.7％，均遠大于NaF和HCl其他

5、添加條件下所制備的TiO2以及商用納米TiO2顆粒P25的光催化活性和RhB的脫除率。
　　(3)通過簡單的濕化學法成功合成了新型的三元BiVO4-Cu2O-TiO2異質結構可見光催化材料，相比于Cu2O和Cu2O-TiO2表現出更好的光催化性能。經黑暗中1h的吸附和9W節能熒光燈8h的照射，5％ BiVO4-40％ Cu2O-TiO2對RhB的脫除率和光降解率分別達到了98.3％和97.8％。通過紫外可見漫反射光譜表征、熒光光譜