基于Bi2WO6纳米材料异质结的构建及其光催化性能的研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:water_please
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在本论文中,利用典型的水热法制备出单体钨酸铋(Bi2WO6)光催化纳米材料。在制备过程中,通过调节混合溶液中氢氧化钠(NaOH)的浓度,可以实现纳米颗粒(60~120 nm)、纳米片(0.1~0.86μm)和具有分层结构玫瑰花状(3~8μm)之间的自由切换。Bi2WO6与钼酸银(Ag2MoO4)、钨酸锶(SrWO4)、钼酸锶(SrMoO4)半导体之间进行复合,贵金属Ag纳米颗粒的局部等离子共振效应可以进一步促进Bi2WO6的光催化性能,构建出新颖异质结光催化剂:二元Ag2MoO4/Bi2WO6、SrWO4/Bi2WO6和三元Ag/SrMoO4/Bi2WO6。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描/透射电子显微镜(SEM/TEM)、光电化学测试、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等多重手段对其进行了表征,分析了存在于异质结之中的光催化降解污染物的可能机理。具体研究内容如下:一、将五水硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)和二水钨酸钠(Na2WO4·2H2O)作为原材料,冰乙酸(CH3COOH)和氢氧化钠(NaOH)作为形貌调节剂,利用水热法制备出具有玫瑰花状且粒径大小为3~9μm的Bi2WO6(BWO)纳米材料。使用二水钼酸钠(Na2MoO4·2H2O)和硝酸银(AgNO3)通过共沉淀法将粒径大小为30~70 nm的Ag2MoO4(AMO)颗粒生长在BWO的花瓣上。在n-n型AMO/BWO材料的复合过程中,还原出了少量的银纳米颗粒(Ag-NPs),因此形成了部分三元Ag/AMO/BWO异质结光催化剂。在光催化性能测试的过程中,以染料罗丹明B(RhB)水溶液作为模拟降解污染物,用200 W的氙灯作为模拟太阳光的发射光源。在30wt%AMO/BWO异质结光催化剂的光催化反应中,反应时间到达60 min时,RhB的降解百分数达到了98.6%。首次使用该异质结催化材料光降解了亚甲基蓝(MB)、甲基橙(MO)、混合染料(RhB/MB/MO)的水溶液、四溴双酚A(TBBPA)和盐酸四环素(TC)等不同有机污染物和抗生素。三元Ag/AMO/BWO异质结光催化活性提高的主要原因Z型异质结的构建,还有内部电场驱动AMO产生的光生电子途经Ag-NPs,最后到达BWO的价带(VB)。其中,Ag-NPs可以作为电子捕获陷阱,吸收部分光生电子。这种电子转移路径及方式很大程度上延长了光生电子/空穴对的寿命,进而降低光生电子/空穴对的复合效率。另外,这种方式可以缓解AMO的光腐蚀,从而提高光催化材料的稳定性。二、制备出粒径大小为0.06~0.59μm的SrWO4(SWO)纳米片与粒径大小为0.1~0.86μm的BWO纳米片。利用共沉淀法将SWO纳米片复合在BWO纳米片上,成功制备出二元SWO@BWO异质结光催化剂。使用亚甲基蓝(MB)染料的水溶液评估所有光催化剂的光催化性能。光催化实验数据显示,10wt%SWO@BWO复合材料的光催化性能为最佳,明显优于SWO和BWO单体以及其他复合比例的样品。在本实验中,TBBPA和TC被10wt%SWO@BWO复合材料光降解,并且达到了很好的降解百分比。最后,系统的阐述了二元SWO@BWO异质结光催化剂在模拟太阳光下降解MB时光生电子/空穴对的分离与转移机理。三、利用共沉淀法将纳米片状BWO镶嵌或粘贴在具有多肉植物状的SrMoO4(SMO)上,得到SrMoO4/Bi2WO6(SMO/BWO)催化剂。使用光还原法将不同质量百分数的Ag-NPs沉积于二元SMO/BWO异质结表面,成功构建出新颖三元Ag/SMO/BWO异质结光催化剂。三元5wt%Ag/4.3wt%SMO/BWO复合材料对MB染料水溶液表现出了极其优异的降解行为,光催化性能的提高归因于SMO和BWO之间建立的Z型电子转移机制,以及Ag-NPs本身固有的局部等离子体共振效应和电子捕获能力。此外,还测试了该三元复合材料对RhB和MO的光催化降解性能。
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