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环境污染和能源短缺是目前人类生存面临的重大挑战。光催化技术直接利用太阳光降解和矿化环境中各种污染物,且能够光解水制氢。因此,光催化技术在环境治理和新能源开发方面具有广阔的发展前景。典型的金属氧化物TiO2由于其性质稳定,无毒,以及高效的光催化活性,无腐蚀性,可反复使用并将多种有机污染物完全矿化成无机离子和H2O,无二次污染等优点越来越受到人们的重视。但TiO2带隙较宽(Eg=3.2eV),无法直接利用太阳能等问题限制了其实际应用。为了拓展光催化剂的光响应范围和进一步提高光催化效率,开发高效新型可见光催化材料成为当前的研究重点和热点。碳酸氧铋Bi2O2CO3作为一类新型的Sillen层状结构复合物,由于具有特殊的层状结构和空间构型,有作为光催化剂的潜在可能性。同时通过制备介质的可控条件的改变,而制备出具有高分散性,稳定不易光解的无机纳米材料CdS在可见光光催化方面也具有很好的优势。研究这些潜在可见光活性催化材料在中性pH环境下对有毒有机物的降解与矿化。 1.通过实验建立了以尿素为碳酸根来源,加入非离子表面活性剂水热制备Bi2O2CO3,并探讨其光催化降解有机染料和无色小分子的性能,如下:水热法制备得到块状Bi2O2CO3粉末,X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)和扫描电镜(SEM)对Bi2O2CO3粉末进行了初步表征。在可见光(λ≥420nm)照射条件下,以有机染料罗丹明B(Rhodamine B,RhB)和无色小分子水杨酸(salicylic acid,SA)光催化降解试验为探针反应,经聚乙二醇-6000修饰的Bi2O2CO3具有较高的光催化活性,对RhB和SA有较好的降解效果。通过分析紫外-可见光谱(UV-vis)、红外光谱(FTIR)和总有机碳(TOC)测定,反应35h后RhB和SA的矿化率分别达到72％和43％。同时,采用辣根过氧化物酶(POD)、N,N-二乙基对苯二胺(DPD)分光光度法和苯甲酸荧光光度法分别测定了在降解过程中H2O2和羟基自由基(·OH)的变化,表明Bi2O2CO3/Vis光催化机理涉及到·OH历程。 2.选用草酸作为碳酸根源,设计不同的Bi/草酸摩尔比采用水热法合成Bi2O2CO3,利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对Bi2O2CO3进行了初步表征,结果表明不同的Bi/草酸摩尔比在水热条件下会影响Bi2O2CO3的结晶度,但不影响晶型。以有机染料罗丹明B(Rhodamine B,RhB)和无色小分子水杨酸(salicylic acid,SA)的可见光光催化实验为探针反应,发现Bi/草酸摩尔比=1:3条件下制备所得到的Bi2O2CO3光催化活性最好。通过分析紫外-可见光谱(UV-vis)、红外光谱(FTIR)和总有机碳(TOC)测定,发现反应35h后,RhB矿化率约达到40％。同时,采用辣根过氧化物酶(POD)、N,N-二乙基对苯二胺(DPD)分光光度法和苯甲酸荧光光度法分别测定了在降解过程中H2O2和羟基自由基(·OH)的变化,表明Bi2O2CO3/Vis光催化机理涉及到·OH历程。 3.分别以乙醇、异丙醇和正丁醇为溶剂介质,在水热条件下制备得到,考察了水热反应的温度和时间等因素对Bi2O2CO3粉体光催化活性的影响。采用XRD、SEM对制备的TiO2进行初步表征,并结合光催化(λ≥420 nm)降解有机染料的光活性探针反应,结果表明水热温度为200℃,时间为14 h时可制得具有较高光催化活性的Bi2O2CO3粉体。光催化实验中跟踪研究了染料罗丹明B(Rhodamine B,RhB)和无色小分子水杨酸(salicylic acid,SA)体系的氧化物种。 4.采用在CTMAB/正丁醇/正庚烷/水四元反相胶束介质体系中直接沉淀法制备纳米CdS。在可见光照射下,以CdS活化分子氧光催化降解孔雀绿(Malachite green,MG)为探针反应,探讨了反相胶束介质体系不同水量对制备的纳米CdS光催化活性影响,确定最佳水量ω([H2O]/[表面活性剂])为25时,纳米CdS光催化活性最高。利用X-射线衍射仪(XRD)对CdS的晶型和尺寸进行了初步表征,结果显示,反相胶束法和直接沉淀法制备的CdS均为立方闪锌矿型,水量25的CdS平均粒径约为9nm。采用循环伏安法(CV)和电化学交流阻抗法(EIS)研究了纳米CdS修饰电极的电化学行为。以CdS可见光激发催化降解MG,通过分析紫外-可见光谱(UV-Vis)、红外光谱(FTIR)和总有机碳(TOC)的测定,以水量25制备的CdS中性条件下在70min内可以使MG褪色完全,反应30h后MG的矿化率达到50％以上。同时跟踪测定了在降解过程中H2O2和羟基自由基(·OH)的变化,表明CdS光催化机理涉及到·OH历程。