Cs2AgBiBr6双钙钛矿纳米晶的可控构筑及其光催化性能研究

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光催化技术能将储量丰富的太阳能转化为电能和化学能,可以实现清洁能源的利用与转化。然而,较低的太阳能利用率和转换效率限制了光催化技术的进一步应用。铅基卤化物钙钛矿半导体材料由于较宽的光吸收范围和优异的光电性质已经发展成为一种新兴的、高效的光催化材料。但是,铅的毒性会污染环境,这限制了其在光催化领域的应用。开发具有优异光电性质的非铅卤化物钙钛矿材料已经成为了目前钙钛矿光催化剂研究领域的焦点。由于双钙钛矿Cs2AgBiBr6拥有良好的光电性质,具有较大的研究和开发潜力。本文利用溶液结晶法,制备得到系列Cs2AgBiBr6微纳晶体,研究了材料结构与光催化性能之间的关系。通过能级设计,选择匹配的无机半导体与Cs2AgBiBr6微米晶体构建异质结,提高了其原有的光催化性能。对其性能提高的原因进行了研究。本文的主要研究内容分为以下两个方面:(1)调控Cs2AgBiBr6晶体的尺寸并引入表面缺陷,系统地研究了其结构与光降解性能之间的关系。通过不良溶剂结晶策略,在不同浓缩程度的晶体母液中加入乙醇快速析晶,得到了一系列Cs2AgBiBr6晶体。对其进行表征并进行光催化性能测试,发现随着浓缩程度增加,材料的微观尺寸减小,光降解性能提高。通过引入螯合剂EDTA-2Na,发现其产生了表面缺陷,其光降解性能较未加入螯合剂的Cs2AgBiBr6有了进一步提升。借助光电化学测试,找到了Cs2AgBiBr6晶体光催化性能提升的原因,材料微观尺寸的减小与表面缺陷有利于光生电子与空穴的分离,提高了材料光催化性能。(2)选择具有合适能级的无机半导体与Cs2AgBiBr6复合,形成异质结构,研究了催化剂的光降解性能。利用浓缩快速析晶的方法,将较高氧化能力的海胆状WO2.72与Cs2AgBiBr6复合,构建异质结。对比单组份与复合材料的光降解性能,复合材料降解污染物的能力有了显著提升。进一步的机理研究表明,该异质结构为S型异质结。在光照下,通过异质结形成的内建电场促使光生载流子分离,并且异质结保留了二者原有的高还原、氧化能力,从而提高了其光催化剂的性能。
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