BiOCl表面改性及其光催化还原CO2的研究

来源 :西南石油大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lyh682020
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随着现代经济和社会的发展,化石燃料被广泛用于许多领域,但化石燃料的燃烧不可避免地导致了大量的二氧化碳(CO2)排放。大量的CO2累积在地球表面会导致温室效应和全球变暖,进而造成巨大的经济损失并威胁人类的生存。因此,迫切需要减缓CO2排放。在减少CO2排放量的诸多方法中,利用光催化技术将CO2转化为其他含碳物质被证明是降低大气中CO2浓度最具前景的方法之一。光催化技术的核心是光催化材料,因此开发高效率的光催化材料是研究的重点。BiOCl作为一种典型的层状二维(2D)材料,已应用于光催化还原CO2领域的研究。然而,由于只能吸收紫外光,电子-空穴载流子的效率低且光生电子-空穴对易快速重组等缺点,使得BiOCl作为还原CO2光催化剂的效率通常非常低。各种策略,例如控制暴露的活性面、形成氧空位、负载金属作为助催化剂以及构建异质结等,都可以用来提升BiOCl光催化活性,然而目前对于改性提升为了提高BiOCl光催化还原CO2效率的研究还较少。因此,本论文中采取了三种方法,用于改性BiOCl以提高光催化还原CO2的能力:(1)通过光沉积的方式,将金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、钯(Pd)贵金属负载在到BiOCl上,对其进行光催化还原CO2活性测试。结果表明负载量为1 wt%的Pd具有最好的光催化生成CH4的活性,达到无贵金属沉积BiOCl的6.7倍。金属Pd沉积在BiOCl上,不仅提高了光吸收的能力和光生电子和空穴分离的效率,而且改变了反应产物的选择性。(2)通过化学还原法,实现了不同厚度BiOCl上还原出非贵金属铋(Bi)单质。光催化活性测试结果表明,金属Bi单质以及还原过程中形成的氧空位不仅能够有效提高电子和空穴的分离能力,而且能提高可见光区域的吸光能力。BiOCl纳米片(约20 nm厚)的光催化还原CO2生成CO,CH4和H2的效果显著BiOCl纳米板(约300 nm厚)。在BiOCl纳米材料中,由于厚度越薄,越有利暴露更多的高活性面(001)晶面,而在还原生成Bi单质过程中,厚度薄也能形成更多的氧空位,从而导致BiOCl纳米片具有更高的光催化还原CO2活性。(3)将禁带更窄的Nb2O5与BiOCl进行搅拌,材料不同晶面的相接印证了材料间形成了复合,并且两种半导体材料匹配的导带和价带位置能够构建Ⅱ型异质结构。当Nb2O5占比总复合物含量为5%时,材料的吸光性能得到了提高,并且异质结构的构建使得电子发生了转移,从而抑制了光生电子和空穴的复合,进而提高了光催化还原CO2的活性。
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