Bi2XO6/ZnFe2O4(X=Mo,W)复合纳米纤维的制备及其光催化性能的研究

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半导体光催化剂可利用太阳光作为绿色能源,通过一系列氧化-还原反应降解有机污染物,因而在污水处理领域备受关注。传统的光催化材料如TiO2、ZnO等宽带隙半导体,只能吸收利用太阳光的紫外部分。与紫外光相比,可见光在太阳光能量所占比例较高(45%)。为了更好的利用太阳光,寻找新型高效的可见光催化剂成为近年来的研究热点。铁酸锌(ZnFe2O4)带隙较窄,且具有良好的磁性,因而成为具有潜在应用价值的可见光催化材料。但其光生电子和空穴易复合高导致其光催化活性仍然较低。针对这一问题,本文以ZnFe2O4纳米材料为研究对象,利用静电纺丝和溶剂热技术制备了ZnFe2O4基异质结复合纳米纤维材料,以提高其光生电子空穴的分离,进而改善材料的可见光催化活性。主要研究内容如下:(1)以电纺ZnFe2O4纳米纤维为载体,结合溶剂热技术制备了Bi2WO6/ZnFe2O4复合纳米纤维。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射等多种测试方法对Bi2WO6/ZnFe2O4异质结材料进行表征,结果表明Bi2WO6纳米片被成功固载到电纺ZnFe2O4纳米纤维上,通过调控溶剂热反应过程中前驱体溶液的浓度,可以有效调控Bi2WO6纳米片的负载量。在可见光照射下,对罗丹明B(RB)染料进行降解实验研究,结果表明,Bi2WO6/ZnFe2O4复合纳米纤维的光催化活性明显优于纯ZnFe2O4纳米纤维和纯Bi2WO6纳米片。光电流测试进一步证实了异质结能够促进光生电子和空穴的分离。通过活性物种的捕获实验研究,结合莫特肖特基测试,对Bi2WO6/ZnFe2O4光催化降解RB的机理也进行了探究。此外,由于Bi2WO6/ZnFe2O4异质结光催化材料具有良好的磁性分离特性和化学稳定性,经过循环使用后,其光催化活性也没有明显下降。(2)以电纺ZnFe2O4纳米纤维作为模板和反应物,通过溶剂热方法获得了一维Bi2MoO6/ZnFe2O4异质结纳米纤维光催化材料。形貌和结构测试研究表明,通过调控溶剂热反应过程中前驱体溶液的浓度,同样可以调控Bi2MoO6纳米片的负载量,进而获得合适的Bi2MoO6/ZnFe2O4异质结构。光催化实验研究表明,Bi2MoO6/ZnFe2O4异质结纳米纤维可以将RB有效地矿化,并且其光催化活性明显高于纯ZnFe2O4纳米纤维和纯Bi2MoO6纳米片。光致发光和光电流实验研究表明,异质结界面间快速的电荷转移能够提高光生电子和空穴的分离效率,这是光催化活性提高的主要原因。结合捕获实验和莫特肖特基测试结果,提出了Bi2MoO6/ZnFe2O4复合纳米纤维光催化降解RB的可能机理。基于该材料体系良好的磁分离特性和化学稳定性,Bi2MoO6/ZnFe2O4光催化材料同样具有良好的循环使用性能。
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