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做为一种研究广泛的光催化剂,二氧化钛由于其自身存在的结构缺陷,阻碍了它在实际应用中的推广。为此,制备出更高效,具有实际应用价值的新型光催化剂一直以来都是光催化领域的研究热点。因此,本文在系统综述了半导体光催化技术的发展进程,特别是卤氧化铋光催化剂和微乳法在光催化剂制备领域的的研究进程基础上,尝试采用微乳法制备纳米级半导体光催化剂。
本研究首先配制Triton X-100/正己醇/环己烷/水微乳液,以其做为纳米微反应器,合成了复合型光催化材料BiOX—TiO2(X=CL,Ⅰ),通过热重-差热分析仪、X射线衍射仪、傅立叶变换红外光谱仪、透射电子显微镜等仪器对其结构、形貌、吸光性能和表面性质进行了表征,并以在紫外光和可见光的激发下降解甲基橙来评价其光催化性能。所得结论如下:
(1)采用环己烷/TX-100/正己醇/水反相微乳液体系合成了复合材料Bi OX—TiO2(X=Cl,Ⅰ)。
(2)XRD分析表明微乳法制备出的复合材料中的TiO2仍以锐钛矿形态存在,但结晶度不高,Bi OX(X:Cl,Ⅰ)则结晶良好,峰形明显。
(3)复合材料的粒径为纳米级,BiOCl-TiO2呈现颗粒状,粒径约为50nm左右,BiOI—TiO2则为块状,粒径约为200nm左右。由于在颗粒成核和结晶过程中,TiO2粒子和BiOX(X=Cl,Ⅰ)颗粒以及他们自身之间会相互堆积,从而材料表面形貌凹凸不平,且具有介孔形态。
(4)Bi OX—TiO2(X=Cl,Ⅰ)复合型材料拥有较大的比表面积,且随着Bi/Ti比值的增加,比表面积逐渐减小,热重和红外分析显示其表面吸附的有机物及表面活性剂物质也在减少,这是由于高比表面积的TiO2含量减少所致。
(5)降解甲基橙的光催化实验表明:微乳法制备的复合型半导体材料BiOX—TiO2(X=Cl,Ⅰ)是一种性能优良的光催化剂,BiOCl-TiO2是在紫外光条件下比P25更高效,BiOI—TiO2则是一种可见光响应的高性能光催化剂,通过微乳法复合,在BiOX(X=Cl,Ⅰ)和TiO2之间形成了异质结构,促使其光催化性能更优良。