铋系半导体复合材料的制备及其光催化性能的研究

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光催化降解有机污染物是一项新兴的水污染治理技术,以催化技术为基础利用太阳能降解水体中的可溶性有机污染物。在各类材料中,半导体材料凭借其低成本、易制备、无毒、带隙易调控、物理化学性质稳定等优点受到广泛关注。而在各类半导体材料中,铋系材料被认为具有良好的应用前景,其具有带隙能相对较小,对可见光的响应较强,带边位置良好,无毒无污染等特性。然而,由于较弱的表面吸附,较弱的电荷迁移能力,严重的光生电子与空穴复合现象等问题,纯相铋系材料的光催化性能并不理想。针对此问题,本文以钒酸铋为基底材料进行其他半导体材料的负载改性,以罗丹明B作为模拟有机污染物,考察复合材料的可见光催化性能并探究其催化机理;设计并合成具有合适形貌的氯氧化铋/碳酸氧铋复合材料,以孔雀石绿作为模拟有机污染物,考察复合材料在模拟日光下的催化性能并探究其催化机理。具体研究工作如下:1.以水热法制备具有(010)及(110)暴露晶面的钒酸铋晶体,通过液相沉淀法将一定量的Cu3Mo2O9负载在钒酸铋表面以构建p-n异质结。光催化实验表明当Cu3Mo2O9载量达到5 wt%时复合材料具有最优的光催化性能,在可见光源下120分钟对罗丹明B的降解率达到83.6%。同时,对Cu3Mo2O9/Bi VO4异质结光催化机理的分析结果表明,Bi VO4光催化活性的提高主要由于Cu3Mo2O9与Bi VO4复合后形成的p-n型异质结能够有效抑制光生电子与空穴的复合并提高载流子迁移速率,进而提高其光催化性能。循环降解实验表明Cu3Mo2O9/Bi VO4复合材料具有稳定的循环性能。2.以水热法制备具有(010)及(110)暴露晶面的钒酸铋晶体,通过液相共沉淀法在其表面负载一定量的Zn Fe2O4以构建n-n异质结。实验结果表明Zn Fe2O4负载量为7.5wt%的复合材料对罗丹明B具有最优的可见光催化性能,120分钟可降解98.0%。Zn Fe2O4/Bi VO4异质结光催化机理的分析结果表明,Zn Fe2O4与Bi VO4复合后形成的n-n型异质结能够有效抑制光生电子与空穴的复合并提高载流子迁移速率,进而提高复合材料的光催化性能。循环降解实验表明Zn Fe2O4/Bi VO4复合材料具有较好的循环稳定性能。3.采用一步水热法制备了Bi OCl/Bi2O2CO3复合材料,光催化实验表明当Bi OCl与Bi2O2CO3的摩尔比为1:4时复合材料具有最优的催化性能,在模拟日光光源下60分钟可降解74.1%的孔雀石绿。对Bi OCl/Bi2O2CO3异质结光催化机理的分析结果表明,Bi2O2CO3与Bi OCl复合后形成的复合材料能够增强染料分子的吸附,有效抑制光生电子与空穴的复合并缩窄带隙进而提高复合材料的光催化性能。同时,循环降解实验表明Bi OCl/Bi2O2CO3复合材料具有稳定的循环性能。
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