BiOI的形貌调控、贵金属负载及其光催化活性

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近年来,半导体光催化在环境污染治理方面获得了广泛的关注。作为新型的半导体光催化剂BiOI,因其特殊的层状结构带来的良好光催化性能,使其成为具有应用潜力的对象之一。但是由于BiOI较窄的禁带宽度(~1.75eV),使得光生电子-空穴对容易复合,大大降低了其光催化效率。因此,本论文旨在对BiOI进行形貌调控和贵金属负载,设计具有高活性的BiOI光催化剂,并通过系统的表征手段研究其光催化性能增强机制。主要研究内容和结论如下:(1)通过室温直接水解法合成了一系列不同尺寸的二维片状BiOI。KI溶液的体积和浓度之间的协同效应显著影响了片状BiOI的尺寸和分散性。XRD结果分析表明,所有的BiOI样品均为结晶性较好的四方晶系。在可见光下(λ>400nm),通过甲基橙的降解评价了BiOI样品的光催化活性。结果表明,当KI溶液浓度为0.035mol/L时,所制备的BiOI具有最佳的光催化性能,甲基橙的降解率达到92.6%。本实验为获得高活性的片状BiOI光催化剂提供了简单的制备策略,可用于去除污水中的有机污染物。(2)室温条件下,利用乙二醇辅助水解法制备了分等级结构的三维花状BiOI光催化剂。表征并分析了BiOI样品的形貌、元素组成、晶体相结构和光学特征。结果表明,乙二醇的浓度大小是调控BiOI样品形貌的主要因素。在可见光下(λ>400nm),花状结构的BiOI(S10)在降解甲基橙的实验中表现出最佳的光催化活性,所对应的准一级速率常数为0.826h-1。BiOI样品光催化活性的变化趋势与光电流性能相一致。本实验为制备光催化性能优异的三维花状BiOI提供了有益参考。(3)分别以二维片状和三维花状BiOI为载体,通过简单的光沉积法合成了Ag/BiOI复合光催化剂。阐述了两种形貌的BiOI载体对Ag量子点的生长过程及其Ag/BiOI光催化活性的影响。在光沉积过程中,二维片状BiOI具有较弱的载流子分离效率,促进了较大尺寸的Ag量子点生成,导致光生电子捕获效率提高,光催化活性显著增强。相比之下,三维花状BiOI表面的Ag量子点尺寸较小,对应的Ag/BiOI光催化活性增强较低。在降解甲基橙实验中,片状和花状BiOI的准一级速率常数分别为0.32和0.85h-1,Ag/BiOI的光催化活性分别是对应BiOI的3.25和1.11倍。在降解苯酚时,Ag/BiOI的光催化活性分别是对应BiOI的1.31和1.13倍。以上结果表明,调控载体形貌是改善Ag/BiOI以至更广泛的贵金属/半导体复合物光催化活性的有效手段。
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