黑磷复合的半导体材料光催化性能研究

来源 :山东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiomantou_3737
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在过去几十年中,各种有害化学物质对水、空气和土壤造成了严重的污染。能够有效处理这些污染物的环保治理技术成为迫切的需求。半导体光催化技术因其绿色、高效及稳定等特点进入人们的视野,并被科研工作者们深入研究。黑磷(BP)作为新兴的二维材料,拥有可调节的直接带隙(从块体BP的约0.3 e V到单片层BP的约2.0 e V),这表明BP具备从紫外到可见乃至近红外宽范围的光吸收。此外,BP还具有超高电荷迁移率,高光吸收系数,大的比表面积和各向异性结构等独特特性,使其成为一种极具潜力的光催化材料。因此,探究BP在光催化方面的应用具有重要的研究价值。本文主要工作内容如下:(1)利用化学气相输运法制备了块体BP,并在有机溶剂中将其剥离为BP纳米片(BPNs)。通过共沉淀法将Zn O与BPNs结合,使其形成BPNs-Zn O纳米杂化物。多种表征测试证明了BPNs和Zn O的异质结的有效构建,BPNs存在拓宽了Zn O吸收光谱和载流子传输路径,抑制了载流子复合。在六十分钟的降解过程中,BPNs-Zn O纳米杂化物对亚甲基蓝(MB)和环丙沙星(CIP)的降解率分别为96.1%和98.2%,远高于其它对比样品。此外,研究了该BPNs-Zn O纳米杂化物的光催化降解机制并提出了理论解释。(2)通过向水溶液中加入聚合物电解质PDDA,在水溶液中稳定的将BP剥离成BPNs。利用共沉淀法制备BPNs-Bi OBr纳米复合物,具有最佳降解效果的BPNs-Bi OBr纳米复合物对甲基橙(MO)和CIP的降解效率分别为98.1%和98.2%,远高于Bi OBr和BPNs。重复降解实验证明BPNs-Bi OBr纳米复合物是高效且稳定的光催化剂。多种表征测试手段证明了Bi OBr和BPNs异质结构的成功形成,导致高效载流子分离和传输,从而极大的提高了光催化性能。通过对光催化机理的研究,我们提出了该BPNs-Bi OBr纳米复合物构成type-I带隙构型。(3)在不同的有机溶剂中,剥离BP和Co Fe-LDHs,利用两者本身电性的差异,通过静电自组装的方法构建BPNs/Co Fe-LDHs纳米杂化物。相关表征证明,Co Fe-LDHs与BPNs之间形成了良好的异质接触。光催化实验结果表明,BPNs/Co Fe-LDHs纳米杂化物对MB达到95.2%的移除率,而Co Fe-LDHs仅达到63.7%,BPNs几乎没有明显的降解效果。重复降解实验证明BPNs/Co Fe-LDHs纳米杂化物是一种稳定的光催化剂。
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