论文部分内容阅读
近十年来,卤氧化铋(BiOX)基光催化剂凭借其独特的层状结构和间接跃迁模式成为了最热门的光催化材料之一。然而,其光催化性能距离在实际场景中的应用仍有较大距离,目前的研究主要集中在实验室阶段。光生电子和空穴是光催化反应过程中最重要的活性物种,其数目直接决定着BiOX的光催化性能。载流子产率主要受可见光捕获效率和载流子分离效率这两个因素影响。因此,针对上述两个光催化活性的重要影响因素,本论文提出了将异质结和固溶体两种改性手段联用的解决方案,利用能带工程的思想优化了 BiOX的能带结构,提升了其可见光捕获效率和载流子分离效率并最终达到了增强其光催化活性的目的,同时探讨了两种改性手段之间的协同作用。此外,通过对粉末状催化剂进行固载,有效地缓解了难以回收和二次污染的问题,实验结果对新型光催化材料的设计具有一定启发意义。本文的工作内容主要包括以下三个方面:(1)将异质结和固溶体两种改性策略联用,合成了一系列TiO2-BiOBrxI1-x异质结。TiO2纳米棒(TiO2 NRs)和BiOBrxI1-x微球紧密结合的界面促进了载流子的分离,同时通过调节Br和I的比例,实现了BiOBrxI1-x固溶体的带隙在2.80到1.70eV范围内连续可调。TiO2-BiOBr0.75I0.25具有最高的光催化活性,这归因于两种改性策略之间的协同作用使其兼具拓展的光吸收范围、优化的氧化还原电位和快速的载流子分离速率。(2)为了突破传统Ⅱ型异质结对光催化活性的限制,通过溶剂热法将石墨相氮化碳(g-C3N4)和BiOClxBr1-x固溶体进行复合,制备了 g-C3N4-BiOClxBr1-x直接Z型异质结,并利用能带工程的思想优化了样品的能带结构。在所有g-C3N4-BiOClxBr1-x异质结中,x=0.5时对应样品的光催化活性最高,且高于纯g-C3N4和BiOClxBr1-x,这进一步验证了两种改性手段之间的协同作用。最后,通过一系列物理化学表征证实了样品的异质结类型和光催化活性增强机理。(3)在氟掺杂的二氧化锡导电玻璃(FTO)上利用水热法生长了金红石相TiO2纳米棒阵列。通过合成条件的调控,优化了 TiO2纳米棒阵列的微观形貌,并利用连续离子层反应法(SILAR)对其进行了 BiOX的固载。罗丹明B(RhB)的光催化降解实验表明,循环次数为4次的BiOBr/TiO2/FTO的表观速率常数为0.0104 min-1,是TiO2纳米棒阵列的2.89倍。此外,样品的光催化性能对BiOX的种类表现出明显的相关性,BiOI/TiO2/FTO具有最高的光催化活性,这主要归因于其具有最强的可见光响应。