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半导体光催化材料因为其能利用太阳能将污染物完全转化为二氧化碳和水,在环境应用方面已经引起了广泛地关注。为了寻求简单而且经济的处理方法,相比于广泛应用的二氧化钛,更多的高效光催化材料被高度期望。本文致力于开发反应型离子液体中形貌可控的新型高效磷酸铋非金属含氧酸盐光催化材料。采用简便的水热法合成了形貌可控的磷酸铋光催化材料,同时还通过氮化碳修饰、煅烧、碳掺杂等方法,对磷酸铋光催化材料的光吸收范围和光催化活性进行调控。另外,以环境中难降解的污染物为模型,考察了制备材料的光催化性能,并通过多种表征手段,如XRD、FT-IR、DRS和TEM等,讨论分析了材料的形貌、尺寸、石墨型氮化碳修饰,碳掺杂等因素对其光学性质以及光催化性能的影响。此外,结合各种表征分析,给出材料光催化降解的本质和可能的机理。 本文首先通过简单离子液体辅助溶剂热过程,分别在去离子水(H2O),乙醇(ET),乙二醇(EG)和乙二醇甲醚(EGME)溶剂中合成出不同形貌和结构的BiPO4光催化材料。所制备样品的光催化活性以环丙沙星(CIP)作为目标污染物来进行考察。结果表明,所制备的BiPO4材料在降解CIP时显示出不同的光催化活性,这主要归因于不同溶剂下制备的BiPO4材料的形貌和结构的差异。而且,在 H2O条件下制备的 BiPO4材料显示出最高的光催化活性。另外,为了比较离子液体和无机盐作为磷酸源合成 BiPO4材料的差异,选用无机盐NaH2PO4·2H2O代替离子液体[Omim]H2PO4,同时保持其他条件不变来制备BiPO4材料。研究结果显示,在紫外光照射下降解CIP时,离子液体[Omim]H2PO4为磷酸源合成的BiPO4材料比无机盐NaH2PO4·2H2O合成的BiPO4材料有着更高的光催化活性。该光催化活性表明通过离子液体辅助溶剂热制备的BiPO4材料是一种有效的光催化剂,能够在环境保护中成为有价值的光催化材料。 在上述BiPO4合成基础上,设计将非金属类聚合石墨型氮化碳(g-C3N4)修饰在BiPO4纳米结构材料的表面,形成一种新型的异质结结构材料。在光催化过程中,离子液体[Omim]H2PO4同时充当溶剂、反应物、模板和分散剂的角色,从而使得 BiPO4纳米颗粒可以良好的分散在 g-C3N4的表面。所制备复合材料的光催化活性随着 g-C3N4含量的增加存在着明显的增强,且均好于 BiPO4单体的光催化活性。同时确定了g-C3N4/BiPO4复合光催化材料中g-C3N4的最佳含量,10 wt%g-C3N4/BiPO4复合光催化材料在紫外光下降解环丙沙星(CIP)和亚甲基蓝(MB)时表现出最好的的光催化活性。此外,光致发光(PL),紫外可见漫反射光谱(DRS)和电化学阻抗谱(EIS)测试表明g-C3N4与BiPO4结合并均匀的分散在BiPO4表面,从而促进了光生电子-空穴对的分离效率,增强了材料的光催化活性。 此外,本研究通过碳的引入改性磷酸铋材料,以达到调控磷酸铋的光吸收范围的目的。论文主要通过葡萄糖存在下的水热处理引入碳源,然后在500℃氮气中煅烧制备C-BiPO4纳米结构材料。研究结果显示,葡萄糖含量为0.02 g时,光催化材料表现出最好的催化活性,其活性约为水热BiPO4单体材料的3倍。另外,紫外可见漫反射,光电流和电化学阻抗分析均证实碳的引入可以拓展磷酸铋的紫外光吸收范围,提高光生电子-空穴对的分离和转换效率,有助于增强材料的光催化活性。该研究工作为BiPO4纳米材料光催化活性的提升提供了另外一种研究思路。