复合半导体光催化材料Bi2MoO6/ZnSnO3的制备及其对亚甲基蓝降解效果的研究

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作为高级氧化技术之一的半导体光催化技术凭借其高效、环保节能、成本低等优势,激起了国内外研究学者的广泛兴趣,掀起了半导体光催化技术的研究热潮。但是,随着研究的深入,人们发现传统的半导体具有激发波长范围狭窄、光激发产生的载流子复合速率高等弊端,降低了光催化剂对光能利用率,严重限制了半导体光催化技术的发展。为了突破目前面临的瓶颈,开发新型光催化剂的同时,通过与其他窄带隙半导体的复合以构造异质结也逐渐成为了人们的研究热点。目前铋系半导体光催化剂由于其特殊的晶体结构、无毒、原料丰富等优势,受到了人们的青睐。本研究以新型半导体材料钼酸铋为基础,通过与锡酸锌的结合来构造异质结对其进行改性。因此,本研究具体的工作如下:第一:耦合溶剂热法与煅烧法成功的制备出了一系列Bi2MoO6/ZnSnO3复合光催化剂。为了评估合成的复合物的光催化性能,以亚甲基蓝为目标污染物进行研究,结果表明Bi2MoO6/ZnSnO3的光催化降解能力明显高于Bi2MoO6、ZnSnO3两个单体,其中5-Bi2MoO6/ZnSnO3获得了最高的光催化活性,对亚甲基蓝的去除效率在1h内达到了95%。同时,借助一阶动力学模型对其光催化氧化过程进行更为深入的研究,发现5-Bi2MoO6/ZnSnO3的一阶速率常数为0.0508 min-1,分别为Bi2MoO6、ZnSnO3两单体的2.29倍与24.19倍;此外利用自由基捕获实验明确了光催化降解亚甲基蓝的过程中发挥主要作用的超氧自由基的形成。第二:采用TEM、SEM、XRD、XPS、BET、PL、UV-Vis等系列表征手段来进一步揭示Bi2MoO6/ZnSnO3复合物的光催化机理,分析结果显示煅烧后得到的锡酸锌材料内部存在大量的微孔,而且在复合材料中Bi2MoO6颗粒物均匀的分散在了立方体相ZnSnO3的表面,二者都有利于改善Bi2MoO6/ZnSnO3复合物的表面特性;此外,与Bi2MoO6、ZnSnO3两个单体相比,Bi2MoO6/ZnSnO3的最大吸收波长均出现了不同程度的红移,并且复合物显示出了最高的荧光强度,表明制备的复合光催化增强了对可见光的吸收能力,同时也减缓了光生电子、空穴的复合速率。第三:基于能带理论,对Bi2MoO6、ZnSnO3两个半导体的价带、导带进行计算,并结合一系列表征分析与自由基捕获实验提出了一个合理的光催化降解途径。
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