碘氧化铋及其异质结构的构筑和光降解性能研究

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半导体光催化材料在太阳能利用以及污染物氧化降解方面应用很大。作为一种常见的光催化材料,TiO2具有相对较高的活性、稳定性和抗化学腐蚀性。然而,TiO2只能响应占太阳光很少的紫外光,光生电子空穴的分离效率不高。为解决这些问题,开发新型的具有可见光响应的光催化降解材料势在必行。BiOI作为一种新型的光催化剂,由于具有特殊的层状结构而表现出较优异的可见光响应光催化降解有机污染物性能。同时异质结构的构筑已经被证明是一种非常有利于光生电子空穴分离的方法,进而可显著提高BiOI的光催化性能。本文采用溶剂热法制备BiOI及其异质结构光催化剂。采用XRD、SEM、TEM、BET、FT-IR、XPS等测试技术对所合成材料的结构和形貌等进行了表征。并以常见染料(罗丹明B、亚甲基蓝、甲基橙和酸性品红)为模型降解物,研究了所制备的光催化剂的可见光降解有机污染物性能。采用沉淀-溶剂热法制备了薄片状纳米BiOI光催化剂,并对所合成的产物进行表征,结果表明:与未添加表面活性剂所合成的样品相比,添加表面活性剂可使BiOI纳米片变薄,最小的纳米片厚度约为30nm。同时,添加表面活性剂所制备样品(BiOI-20)的比表面积、孔径及其对光的吸收均小于BiOI-0,但BiOI-20吸附及光降解性能均优于BiOI-0。在可见光照射下,BiOI-20降解速率常数为BiOI-0的46倍。采用FT-IR和XPS测试方法对BiOI-20进行了分析测试,发现PVP通过H与BiOI相结合。Zeta电位测试表明BiOI-20表面所带负电荷大于BiOI-0所带的负电荷。较薄的片状结构、良好的吸附性能和特殊的电子结构使BiOI-20具有更加优异的光催化性能。在表面活性剂PVP的存在下合成了BiOIx光催化剂。碘掺杂可显著改善光催化剂的结晶度,且掺杂后样品的厚度变厚。对所合成样品的性能进行测试,结果表明BiOI1.3性能最优异。过高的掺杂量对光催化性能不利。采用溶剂热法成功构筑了BiOI/Bi2O2CO3异质结构光催化剂。XRD和HRTEM测试表明所合成的样品是由BiOI和Bi2O2CO3异质结构,形貌为纳米片组成的花球状。以柠檬酸为表面活性剂时所制备的样品性能优于尿素和柠檬酸同时添加时所制备样品的性能。BiOI与Bi2O2CO比例为5:5时样品性能最好,且样品对亚甲基蓝、甲基橙、酸性品红的降解速率均高于BiOI和Bi2O2CO3单纯物质。
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