铋系可见光催化材料的合成及应用

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近年来,各种环境污染日趋严重,其中,影响最大的是化学污染。开发能把各种化学污染物无害化的实用技术是环境保护的关键。因而,开发高效、低能耗、适用范围广和有深度氧化能力的化学污染物清除技术一直是环保技术追求的目标。而光催化技术有着传统的高温、常规催化技术及吸附技术无法比拟的优点,是一种具有广阔应用前景的绿色环境治理技术。理想的光催化剂应当稳定性好、价格低廉、无毒、高活性且能充分吸收太阳光。TiO2是目前被研究和应用最多的半导体光催化剂。但是,较高的光生电子与空穴复合率导致TiO2的光量子效率较低;此外,由于带隙较宽,其吸收光谱只占太阳光谱中很小的一部分,不能充分利用太阳能。新型光催化剂的研究焦点都放在二元或三元等复杂结构的氧化物上,人们希望能找到电荷分离效率高,光响应范围较宽,能充分吸收利用太阳光且光催化效率较高的光催化剂。含Bi的金属复合氧化物可作为具有可见光响应的新型光催化剂,成为近年来光催化领域的研究热点。本论文主要进行铋系复合氧化物纳米材料的制备及光催化性能研究。采用共沉淀法合成的Bi2MoO6化合物,XRD表征结果表明,在400℃下焙烧的样品具有较好的结晶性,并生成了纯相的Bi2MoO6。TEM表征显示,Bi2MoO6为多孔结构。在水溶液悬浮体系中进行可见光照射下的甲基橙的光催化降解实验,实验发现样品在可见光照射下对甲基橙均具有较好的光催化降解性能,且120℃、200℃下焙烧得到的Bi2MoO6具有更好的催化效果,这可能是由于其具有多孔的结构。采用浸渍法合成的Bi2MoO6/NaY(BM)材料,灼烧温度较高时得到的晶体较完整,结晶程度高。TEM表征显示,Bi2MoO6成功负载在分子筛上,且负载后制得的Bi2MoO6的大小不超过10nm。EDAX表征显示,BM纳米晶中,Bi的含量大于2倍Mo的含量,主要是由于一部分铋以BiO+或Bi3+形式存在于分子筛孔道内,导致产率小于100%。将抗菌材料涂抹在霉菌上,并利用显微镜观察、拍照的方法检测材料的抗菌能力。结果显示,紫外光连续照射时,BM-400的抗菌效果最好。在水溶液悬浮体系中进行可见光照射下的甲基橙的光催化降解实验,发现样品在可见光照射下对甲基橙均具有较好的光催化降解性能,且120℃下焙烧得到的Bi2MoO6具有最好的催化效果,高的催化活性主要是由于Bi2MoO6的颗粒小而引起的高的比表面,延长半导体光催化剂光生电子和空穴的再结合时间。采用浸渍法合成了BiVO4/NaY(BV)材料,对于低负载量的BV,XRD表征发现,BiVO4和NaY的特征峰都不明显, TEM显示,BiVO4成功负载在分子筛上,且负载后制得的BiVO4的大小不超过10nm。对于高负载量的BV纳米晶,XRD表征发现,BiVO4的特征峰很明显,但NaY的衍射峰相对较弱,且随着温度的升高,晶体较完整,结晶程度高。TEM显示,BiVO4成功负载在分子筛上。EDAX表征结果显示,Bi的含量大于V的含量,主要是由于一部分铋以BiO+或Bi3+形式存在于分子筛孔道内。在水溶液悬浮体系中进行可见光照射下的甲基橙的光催化降解实验,发现样品在可见光照射下对甲基橙均具有较好的光催化降解性能,且低负载量比高负载量的BV具有更好的催化效果,说明增加BiVO4在BV中的相对含量不利于光催化反应。主要是由于高负载量的BiVO4堆积在BV表面,不能充分的与甲基橙反应。采用共沉淀法合成的BiVO4化合物,XRD表明,400℃时的衍射峰几乎与BiVO4的JCPDS 83-1700标准卡完全吻合,说明高温下结晶程度好,晶粒较大。从紫外-可见漫反射光谱的主要吸收边可以估算BiVO4的禁带宽度为2.4eV, BiVO4。BiVO4在300℃时的催化效果最好,其次是400℃。
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