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光催化剂作为一类新型环保材料,已通过光催化技术而被广泛应用于大气、水体等环境污染物的治理研究。然而一般的半导体光催化剂多为微纳米尺寸的粉体材料,需要通过离心、过滤等方法从体系中分离,对其回收及重复使用增加了难度。而将纳米尺寸的光催化剂负载到宏观尺寸的载体上,不仅可以使光催化剂在载体表面形成相对有序的形貌结构,避免催化剂的团聚,还有利于催化材料的回收和重复使用。而另一方面,选用具有一定特性的载体,可制备出兼具半导体光催化材料及载体特性的多功能复合材料,结合不同的载体特性,提高光催化材料的综合性能,从而使光催化材料在环境污染物处置中更好地发挥作用,为其大规模应用及推广打下一定的基础。基于上述设想,本论文构建了三种负载型可见光催化复合材料,分别对其结构、形貌及其对水溶性染料的光催化降解性能等进行了较系统的研究。研究表明,负载型光催化复合材料可通过半导体光催化剂与宏观导电性载体材料的复合得到催化性能的提升与优化,同时还便于材料的回收及重复使用。(1)选用自身吸附性及导电性优良的活性碳纤维作为载体材料,首先通过溶剂热法将卤氧化铋光催化剂BiOI0.5Cl0.5负载到活性碳纤维(ACF)表面,然后利用活性炭纤维表面的羟基活性基团接枝富含氨基的超支化聚乙烯亚胺(PEI),以提高材料对水体中污染物分子的吸附驱动力,从而构建出吸附-光催化一体化的光催化复合材料PEI-g-ACF@BiOI0.5Cl0.5。其中Bi OI0.5Cl0.5作为可见光催化剂,为复合材料提供了在可见光区较高的光催化活性;化学接枝的PEI结构中富含氨基,对阴离子染料等具有较强的吸附能力,为复合材料提供了吸附驱动力;而活性碳纤维作为载体,便于材料的回收,同时其优异的导电性可以有效促进光生电子的转移,从而使复合材料的光催化性能得到进一步提高。采用水溶性染料酸性红1作为污染物模型分子进行光催化降解性能的测试。研究结果表明,在可见光源照射下,该吸附-光催化一体化的光催化复合材料对酸性红1具有显著的吸附及降解性能,在60分钟内即可将50 mL的酸性红1(50 mg/L)完全去除。并且在循环使用五次后,催化性能未见明显下降。(2)选用导电性较好的多孔金属泡沫—镍泡沫作为载体,通过一步溶剂热法得到稀土金属离子铒(Er3+)掺杂的卤氧化铋二元复合物(Er-BiOI0.5Cl0.5)负载在镍泡沫表面构建的复合材料(Ni foam@Er-BiOI0.5Cl0.5)。在光催化剂方面,依旧采用可见光响应性较好的BiOI0.5Cl0.5,并且通过稀土金属离子的掺杂进一步提高其光催化效率;在载体方面,选用具有三维框架结构的导电材料镍泡沫。通过一步溶剂热法即可简单实现复合材料的制备。实验结果表明,Ni foam@Er-BiOI0.5Cl0.5在可见光照射40min后,即可将50 mL的酸性红1(50 mg/mL)完全降解去除,同样地,该材料也表现出良好的循环使用性能。(3)以镍泡沫作为载体,通过两步电沉积法分别生长ZnO多孔纳米片和MoS2纳米颗粒,构建了镍泡沫负载的ZnO/MoS2复合半导体材料(Ni foam@ZnO/MoS2)。该体系通过将本身带隙较宽的ZnO与带隙较窄的MoS2复合形成异质结来调节半导体材料的光谱吸收范围,得到可见光响应的复合半导体光催化剂。该复合材料中,镍泡沫不仅作为光催化剂的载体,还是工作电极的基底材料。在催化方法上,采用光电协同催化的方法对酸性红1溶液进行催化降解。当外加较低偏压的条件下,光照激发的光催化剂表面生成的电子在电场的作用下定向移动,有效抑制了光生电子-空穴对的复合,从而提升复合材料对水体中污染物的降解去除效率。实验结果显示,在氙灯光源照射的同时施加0.4 V的偏压下,40 min后,Ni foam@ZnO/MoS2即可将100 mL(20 mg/L)溶液中的酸性红1完全降解去除,且具有较好的循环性能。