论文部分内容阅读
近年来,环境污染问题越来越严重,寻求高效并环保的环境污染治理技术已经迫在眉睫。光催化技术作为一种高效、安全的净化技术,在环境污染治理和新能源领域有着重要的应用前景。光催化技术的核心是光催化材料,含有[Bi2O2]2+层状结构的Bi基光催化材料,具有独特的层状结构,易于被剥离成二维超薄材料,提高其光催化性能。因此,[Bi2O2]2+层状材料的研究越来越受到人们重视。本研究采用水热法和液相超声剥离法合成了Bi2O2（OH）（NO3）/BiOBr（标记为BION/BiOBr）二维超薄异质结和Bi2O2（OH）（NO3）/Bi2MoO6（标记为BION/BMO）复合物,并研究了其光催化性能和光催化机理。主要研究内容如下:（1）合成了BION/BiOBr复合物,并以乙醇和水的混合液作为溶剂,通过液相超声剥离法将其剥离成二维超薄材料。本研究通过XRD、SEM、HRTEM、UV-Vis DRS等手段分析了BION/BiOBr二维超薄异质结的物相组成、形貌、暴露晶面和光吸收特性等。实验结果表明,组成BION/BiOBr二维超薄异质结的BION和BiOBr的厚度分别为1.725nm和3.213nm,禁带宽度分别为3.4eV和2.81eV,二者的暴露晶面均为{001}面。（2）研究了合成的BION/BiOBr二维超薄异质结对四环素、罗丹明B（RhB）和甲醛的可见光催化降解性能。实验结果表明,相比于纯相的BION和BiOBr,合成的BION/BiOBr二维超薄催化剂的可见光催化性能得到了明显提升。催化剂的循环实验和反应前后的XRD对比结果表明,二维超薄BION/BiOBr光催化剂具有良好的稳定性。此外,ESR、光电流、电阻抗和光致发光光谱分析结果显示,BION/BiOBr二维超薄异质结的光生载流子产率高、复合率低,且光催化降解四环素过程中的主要活性物质为超氧自由基。（3）本研究采用一步水热法合成了BION/BMO复合光催化剂,并对其进行物相、形貌和光吸收特性分析。实验结果表明,BION和Bi2MoO6（标记为BMO）成功复合,且内部晶体结构没有发生变化。复合后不同比例的催化剂的光吸收边界发生红移,光响应范围得到拓宽。相比于纯的BION和BMO,BION/BMO复合光催化剂的可见光催化降解四环素的性能得到提高,且突破了BION在可见光下几乎没有响应的限制。BION和BMO的最佳复合比例为1:1,且当BION/BMO的摩尔比为1:1时,其光致发光强度比其余比例的复合物都低,说明其具有较低的光生载流子的复合率。捕获实验结果表明,BION/BMO复合物光催化降解四环素过程中的活性物质为超氧自由基、空穴和羟基自由基,主要活性物质为超氧自由基。合成的BION/BiOBr二维超薄异质结和BION/BMO复合物在光催化降解四环素方面具有潜在的应用价值。而且,本研究采用的BION/BiOBr二维超薄异质结的剥离方法对于Bi系二维超薄材料的合成具有一定的参考意义。