MoSe2基光催化剂的改性及其光催化还原水中Cr(Ⅵ)的研究

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世界工业化的飞速发展,使环境污染日渐加剧,其中重金属污染严重威胁着人类的健康。作为主要的重金属污染源,六价铬(Cr(VI))可以对生物体造成不可逆的损伤。相对于剧毒的Cr(VI),人们倾向于将其还原为化学活性和毒性较低的Cr(III)。在此背景下,绿色清洁且无二次污染的光催化技术得到研究人员的关注。过渡金属二硫属化物(TMDs)因具有独特的二维层状结构而受到广泛关注。其中,MoSe2因具有窄的带隙(1.5 e V),太阳光响应范围可以扩展到红外光区,对于光的利用率极高。同时它还具有良好的导电性和表面稳定性,理论上应具有优异的光催化性能,但是由于MoSe2的活性位点仅分布在暴露的边缘位置,基面由于没有缺陷和不饱和位点而呈现化学惰性,且特有的窄带隙会导致诸如载流子分离率低和向活性位点迁移能力弱等弊端,严重限制了它的光催化还原性能。为了克服上述缺点,本文通过溶剂热法和离子交换法,分别制备出具有优异Cr(VI)去除性能的MoSe2基光催化剂。论文的具体研究内容如下:采用溶剂热法制备出双Z型Bi2S3-ZnS/MoSe2(BZM)异质结光催化剂,用于废水中重金属Cr(VI)的光催化还原性能研究。通过调整硫化物的沉积量来改变材料的组成从而实现对性能的调控。通过使用粉末X射线衍射(XRD),场发射扫描电子显微镜(FESEM),透射电子显微镜(TEM),高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对光催化剂进行表征。此外,对光催化还原Cr(VI)过程中溶液pH值、干扰离子种类以及光源的选择等影响因素进行了研究,并测试了催化剂的稳定性。结果证明,复合光催化剂对Cr(VI)的还原率可达95.4%,3次循环之后,仍可去除91.0%以上的Cr(VI),表明材料具有较高的稳定性。使用溶剂热法和离子交换法,通过调控MoSe2壳的厚度制备出具有核-壳结构的双异质结光催化剂ZnS/ZnSe/MoSe2,有效的将高毒性的Cr(VI)还原为低毒的Cr(III)。对材进行表征,结果表明,当ZnS与MoSe2复合后,MoSe2的存在显著影响ZnS的表面性质,催化活性和光电化学性能,同时可以调控复合材料的表面带电,稳定性和比表面积。由于异质结的构建,既弥补了单组分光催化剂光生载流子分离率低的不足,又提高了光吸收性能,实现了太阳光的充分利用。优化后的光催化剂具有2.476×10-2 min-1的较大表观反应速率常数,是纯ZnS的10.49倍,90 min内Cr(VI)去除率达到96.0%,并且在相同条件下4次循环之后仍保持92.0%的去除效率。这项工作对光催化技术在环境修复领域的实际应用中有一定指导作用。
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