稀土离子掺杂Bi2WO6的制备及光催化性能

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Bi2WO6具有较高的化学稳定性和合适的带隙(2.7 eV)并且组成元素储量丰富,在降解有机污染物方面表现出巨大的潜力。然而,由于Bi2WO6自身缺点,一般制备的Bi2WO6晶粒尺寸较大而使得光生电荷载流子非常容易发生复合,实际应用中Bi2WO6的光催化性能并不理想。为了提高Bi2WO6光催化剂的性能,本论文通过水热法对Bi2WO6进行不同稀土元素Tm、Yb和Ho的掺杂改性,通过X射线能谱仪、扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪及紫外-可见光分光光度计等分析表征手段对改性Bi2WO6的结构、形貌、元素组成及光学性能进行了表征,通过在模拟可见光条件下Bi2WO6对罗丹明B的光催化降解来评价各组样品的光催化性能。研究的具体内容如下:(1)用一步水热法合成了纳米片组装而成的Tm3+掺杂Bi2WO6微粒。掺杂Tm3+后,Bi2WO6的可见光催化性能得到了明显提高,当Tm(NO33·5H2O的添加量为6%时,样品的催化性能最佳,可见光照射30min后对罗丹明B的降解率达91.27%。比纯Bi2WO6提高了27.78%。可见光照射5h后对焦糖色素的降解率达45.25%,与未掺杂Bi2WO6相比,提高了35.22%。掺杂适量的Tm3+可提高Bi2WO6样品的比表面积,降低样品的光生-电子复合率,从而提高样品的可见光催化性能。(2)通过硝酸镱作为Yb源,对Bi2WO6进行稀土离子改性,通过调控Yb3+掺杂量,研究了样品的物相,形貌,组成以及光催化性能。发现Yb3+在替代了Bi3+以后,通过抑制晶粒的生长,达到了增加比表面积的作用,并且通过在Bi2WO6表面形成缺陷,降低电子-空穴的复合,达到增强光催化活性的作用。当Yb3+掺杂量为6%时,样品的光催化性能最佳,可见光照射50 min后对罗丹明B的降解达到了96.18%,约为纯Bi2WO6的2.4倍。(3)通过硝酸钬作为Ho源,对Bi2WO6进行稀土离子改性,通过调控Ho3+掺杂量,研究了样品的物相,形貌,组成以及光催化性能。发现Ho3+在替代了Bi3+以后,不仅提高了样品的比表面积,还影响了电子-空穴对的复合。光催化实验表明,Ho3+掺杂量为6%时具有Bi2WO6最高的光催化性能,50 min光催化反应过后,罗丹明B的降解率达到98.27%,比未掺杂的样品提高13.7%。
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