论文部分内容阅读
为了克服传统光催化剂存在的光量子效率不高、对光的响应范围狭小、可见光范畴催化能力低、性能不稳定等问题,开发新型高性能的光催化剂一直吸引着广泛的研究兴趣。铋基半导体微纳米材料因其独特的物理化学性质、高效的吸附和可见光催化性能,使之在环境治理与防护及能源等领域,呈现出巨大的应用潜力而吸引了科学工作者们的关注。本论文旨在探索温和的溶剂热条件下各种形貌和组成的铋基半导体微纳米材料,并研究其吸附性能和光催化性能,以期为获得高效的吸附剂和光催化剂奠定理论基础。主要研究内容如下: 1、设计了一条简单的溶剂热和随后的室温直接沉淀路线,以硝酸铋、钼酸钠和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为反应物,成功地合成了花状的BiOBr/Bi2MoO6复合超结构。研究表明,所得花状的BiOBr/Bi2MoO6复合超结构是一种介孔结构,其对有机小分子染料亚甲基蓝(MB)和吡罗红B(PB)呈现出远高于单一成分(BiOBr或Bi2MoO6)的吸附性能。以BiOBr/Bi2MoO6复合超结构对MB溶液的吸附为例,详细研究了吸附等温线、动力学和热力学参数等吸附行为。实验结果显示,所得花状的BiOBr/Bi2MoO6复合超结构在废水治理领域有潜在的应用。 2、以硝酸铋和钼酸钠为主要反应源,在聚乙烯比咯烷酮(PVP)的存在下,通过简单的两步溶剂热路线成功合成了具有高效光催化活性的异质结构的Bi2O3/Bi2MoO6的纳米复合材料。实验发现,所得Bi2O3/Bi2MoO6异质结构拥有比其单一组分(Bi2O3或 Bi2MoO6)更高效的可见光催化降解罗丹明B(RhB)和2,4-二硝基苯酚(2,4-DNP)的能力。上述高效的光催化性能可归因于p型半导体Bi2O3和n型半导体 Bi2MoO6之间形成了能有效阻止光生电子和空穴快速复合的 p-n结。研究还显示,所得的Bi2O3/Bi2MoO6纳米异质结构也呈现出高于单一组分的光电化学性质和光化学稳定性,这对实际应用中克服光催化剂的光腐蚀十分重要。此外,本项工作对设计和开发新型异质结构的可见光光催化材料是一个有意义的尝试。 3、以五水硝酸铋和溴化钾为反应的铋源和溴源、柠檬酸和PVP为添加剂,通过传统的溶剂热法一步成功合成了片状、花状、空心球状等不同形貌的BiOBr纳米晶。调查了柠檬酸和PVP的量等实验参数对目标产物形貌和尺寸的影响。光催化实验显示:在可见光的照射下,各种形貌的BiOBr纳米晶呈现出不同的催化降解污染物甲基橙(MO)与2,4-二硝基苯酚(2,4-DNP)的活性。其中,具有空心球状结构的BiOBr纳米晶表现出最好的可见光光催化活性。