论文部分内容阅读
近年来，水污染已严重威胁着人类的健康和生命。与传统的水污染处理技术相比，光催化因其高效、经济和无二次污染等优点受到大家的广泛关注。目前，光催化的研究主要集中在以下两方面:对以TiO2为代表的传统光催化剂的改性和新型半导体光催化剂的开发。铋氧基光催化材料作为一类新型的半导体光催化剂，表现出了较好的光催化活性，成为新型半导体光催化剂的研究热点。本论文主要围绕几种常见的铋氧基光催化剂的制备、改性及其光催化性能进行研究并利用能带理论对光催化机理进行探讨。本论文的主要研究内容如下：（1）以(BiO)2CO3为前驱体，通过氢碘酸（HI）刻蚀法合成了具有不同BiOI含量的p-n型BiOI/(BiO)2CO3异质结。利用XRD、DRS、EDS、FT-IR、SEM和HRTEM等表征手段研究对样品的结构、形貌、组成和光学性质。在可见光（λ>420nm）下，BiOI/(BiO)2CO3复合物在降解甲基橙时表现出了比单一的BiOI和(BiO)2CO3都要高的光催化活性。其增强的光催化活性主要归因于p-BiOI和n-(BiO)2CO3之间形成的p-n结，它可以有效地抑制光生电子空穴对的复合。此外，捕获剂实验表明，在降解甲基橙的过程中， O2-和h+是主要的活性物种。（2）通过酸刻蚀法制备了一系列的(BiO)2CO3/BiOX (X=Cl, Br, I)异质结，并利用XRD、DRS、SEM和HRTEM等方法对样品进行了表征。在可见光（λ>400nm）下降解甲基橙的实验中，(BiO)2CO3/BiOX (X=Cl, Br, I)均表现出了比纯相(BiO)2CO3和相应的BiOX更佳的可见光催化活性，其中(BiO)2CO3/BiOI的光催化活性最好。在(BiO)2CO3和BiOX之间形成异质结是(BiO)2CO3/BiOX (X=Cl, Br, I)光催化活性增强的主要原因。另外，良好的光吸收也有利于(BiO)2CO3/BiOX光催化活性的提高。（3）通过简单的化学沉淀法制备了新型的花状I-BiOBr复合物。通过掺杂I-离子，BiOBr的形貌和光吸收发生显著改变。在可见光（λ>400nm）下，以甲基橙为污染物模型，对样品的光催化活性进行评价，结果表明，I-BiOBr复合物的光催化活性远高于纯BiOBr，这是因为在BiOBr的价带顶形成了新的I-杂质能级，有利于更多光生电子-空穴对的生成，进而提高I-BiOBr的光催化活性。（4）利用片状BiOI为前驱体，通过简单的沉淀转化法，在70℃下合成出棒状Bi5O7I。SEM和XRD测试显示Bi5O7I为结晶度良好的棒状结构。DRS表明Bi5O7I的吸收带边在422nm处，说明其具有较好的可见光吸收。在可见光（λ>400nm）下降解罗丹明B的实验说明棒状Bi5O7I比BiOI和TiO2(P25)具有更佳的光催化性能。Bi5O7I具有较负的导带电位，使电子具有更大的还原能力。通过以上研究发现，利用构建异质结和离子掺杂等方式改性铋氧基光催化剂可以有效地提高其光催化活性，在水污染处理处理方面具有潜在应用价值。