【摘 要】
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碘氧化铋因其有良好的可见光响应能力和价格低廉等优点而被广泛应用于光催化、光电催化等领域。但碘氧化铋的光生电子和空穴复合严重,从而导致其催化活性受限。因此,本文通过构建Z型异质结、金属负载以及氧空位引入共同作用等方法,分别设计了Z型异质结BiOI/Ag/PANI体系、金属Bi与氧空位共同修饰富铋Bi_4O_5I_2复合体系,并研究其光催化剂的催化性能。主要内容如下:(1)通过在BiOI/PANI(B
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碘氧化铋因其有良好的可见光响应能力和价格低廉等优点而被广泛应用于光催化、光电催化等领域。但碘氧化铋的光生电子和空穴复合严重,从而导致其催化活性受限。因此,本文通过构建Z型异质结、金属负载以及氧空位引入共同作用等方法,分别设计了Z型异质结BiOI/Ag/PANI体系、金属Bi与氧空位共同修饰富铋Bi4O5I2复合体系,并研究其光催化剂的催化性能。主要内容如下:(1)通过在BiOI/PANI(BP)Ⅱ型异质结界面嵌入Ag纳米粒子,成功构建Z型BiOI/Ag/PANI(BAP)异质结。研究发现,BAP-10样品光电催化(PEC)效果最佳,PEC降解RhB和还原Cr(Ⅵ)的动力学常数分别是Ⅱ型异质结BP的5倍和12倍,是纯BiOI的6倍和1.7倍,这归因于Z型异质结有更高的电荷分离效率和更强的氧化还原能力,以及Ag的表面等离子体共振(SPR)效应增强了材料的光吸收效率。光电流响应和时间分辨荧光光谱结果等证明BAP比BP和BiOI有更高的电子和空穴的分离效率。特别地,电子自旋共振光谱和对苯二甲酸光致发光探测技术证实了BP呈现Ⅱ型而BAP呈现Z型异质结机制,并由线性扫描伏安法和表面光电压光谱手段进一步研究Z型异质结的电荷转移途径。这项工作不仅为合理地将Ⅱ型异质结转换为Z型异质结提供了极好的参考,而且揭示了Z型异质结的电荷转移机制。(2)采用一步溶剂热法,利用丙三醇比乙二醇有更高的粘度和羟基度的特点,通过调节溶剂乙二醇与丙三醇的体积比,调控金属Bi在富铋Bi4O5I2的生成量,并伴随氧空位的产生。实验结果发现,随着添加丙三醇的量增多,在富铋Bi4O5I2微球上原位生成的金属Bi越多。当乙二醇与丙三醇的体积比是1:5,制备得到的Bi-Bi4O5I2-3对左氧氟沙星(LEV)展现出最佳的光催化降解性能,60min内对LEV的降解率高达88.0%,这归因于适量的金属Bi的SPR效应以及氧空位的缺陷态增强了材料的光吸收能力和提升了光生电子和空穴的分离效率。研究表明,Bi-Bi4O5I2-3具有优良的的光催化广谱性和循环稳定性。
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