铋系光催化剂的表/界面调控及光催化性能研究

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溴氧化铋(BiOBr)和钒酸铋(BiVO4)因具有合适的带隙被研究学者广泛研究。然而,BiOBr和BiVO4具有光生载流子传输效率低和容易复合等问题。本论文利用对半导体BiOBr和BiVO4的表/界面进行调控的方法,有效地改善了铋系光催化剂的光催化性能。主要研究内容和结果如下:1. 通过水热法制备了BiOBr(010)和BiOBr(001),并通过化学转变法以BiOBr(010)为基底制备了BiOBr(001)/BiOBr(010)(BB)同相质结光催化剂。用XRD,SEM,TEM和PL对样品进行表征。研究表明在BiOBr(010)纳米片上生长了BiOBr(001)纳米片,形成了同相质结BB。通过电化学阻抗和莫特肖特基分析发现同相质结BB显示出较低的电阻,较高的载流子寿命和较高的载流子浓度。与BiOBr(001)和BiOBr(010)相比,同相质结BB样品在模拟太阳光照射下表现出更强的光催化活性。光降解Rh B循环实验表明同相质结BB样品具有较好的稳定性。通过在BiOBr(001)/BiOBr(010)表面上光催化还原Ag+发现Ag+选择性沉积在BiOBr(001)上,光催化氧化Mn2+发现Mn元素选择性沉积在BiOBr(010)上,表明对BiOBr进行合理的表/界面调控可以改变光生电子和空穴的迁移方向,有效的促进了光生载流子传输和分离。2. 通过水热法制备了具有不同(010)和(110)晶面暴露比例的msBiVO4。通过XRD,SEM,TEM,XPS,PL和UV-vis等测试对BiVO4的晶体结构,形貌和光物理性质进行了表征。由分析结果可知BiVO4(110)晶面暴露比例随前驱体溶液p H值的增加而增大。p H=7时,板状msBiVO4展现出更高的传输效率和更负的导带电位。模拟太阳光下通过光分解水产生氧气的测试结果发现板状BiVO4表现出卓越的析O2能力,约为双锥体msBiVO4的4倍,且msBiVO4光催化活性(析O2能力)与(010)晶面的暴露比例之间存在正相关关系。通过光催化降解百里香酚蓝的测试结果表明与(110)晶面主导的msBiVO4相比,板状msBiVO4具有更优异的光催化性能。太阳光照射5 h,板状msBiVO4对百里香酚蓝的降解效率高达77.2%。在msBiVO4的(010)和(110)晶面间产生了内建电场,导致电势能级产生差异进一步增强了光生电子空穴对的传输和分离效率。
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