【摘 要】
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光催化是一种能够有效降解污染物的高级氧化技术,具有高效、清洁、无二次污染等优势,在处理环境污染和开发可再生能源方向都有着巨大发展前景。氯氧化铋(BiOCl)作为一种典型的V-VI-VII族三元氧化物催化剂,具有无毒性、易于制备、成本低廉、化学性质稳定及能带结构易调控等优势而被广泛研究。其自身[Bi_2O_2]2+层和双层Cl原子交替排列的独特的层状结构有利于光生载流子的分离;然而,其带隙能较高(3
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光催化是一种能够有效降解污染物的高级氧化技术,具有高效、清洁、无二次污染等优势,在处理环境污染和开发可再生能源方向都有着巨大发展前景。氯氧化铋(BiOCl)作为一种典型的V-VI-VII族三元氧化物催化剂,具有无毒性、易于制备、成本低廉、化学性质稳定及能带结构易调控等优势而被广泛研究。其自身[Bi2O2]2+层和双层Cl原子交替排列的独特的层状结构有利于光生载流子的分离;然而,其带隙能较高(3.2 eV),在太阳光的利用率方面仍有待改进。本论文即是针对拓展BiOCl可见光响应问题和解决单一催化剂光生载流子易于复合问题所做的探索与研究。基于能带设计,选取同BiOCl能带结构相匹配的半导体构筑系列异质结光催化剂,使其太阳光利用率得到提高、同时调控光生载流子分离和转移效率,以实现光催化性能的提升。主要结论如下:(1)采用溶剂热法合成片状BiOCl,在二维催化剂的基底上,通过化学沉积法原位合成0D/2D Ag2O/BiOCl复合光催化剂。所得异质结催化剂的吸收边发生红移,光生载流子的分离效率提高,光催化性能得到提升。(2)采用简单的二次醇热法合成了2D/2D ZnIn2S4/BiOCl异质结,2D/2D结构能够缩短载流子运输路径,增加更多的活性位点。异质结的成功构筑扩宽了催化剂的光响应范围,促进了光生e-和h+的分离,延长了光生载流子的寿命,从而提高了光催化性能。(3)采用煅烧法和水热法制备得到了Z型2D/2D CaIn2S4/BiOCl-SOVs异质结,通过控制煅烧的温度和时间探讨了表面氧空位(SOVs)浓度对光催化活性的影响,在最优氧空位浓度的基础上讨论了CaIn2S4复合量对BiOCl催化性能的影响。光催化剂活性的增强机理分析结果表明表面氧空位和CaIn2S4之间的协同作用增强了光生e-和h+分离能力,增加了载流子的寿命,进一步拓宽了光催化剂对可见光的响应,从而使得光催化性能得到显著提高。
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