【摘 要】
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中国作为农业大国,需要大量使用草甘膦除草剂,使用过程中的残留会对人体健康造成严重的危害。光催化是一种可持续绿色化学技术,可以有效地将草甘膦降解成无毒无害的小分子物质或离子。其核心是高效稳定的半导体光催化剂。钨酸铋(Bi2WO6)是一种铋系半导体光催化剂,以其良好的可见光响应性能和高稳定性吸引了众多科研人员的关注,但它自身光生电子-空穴对极易复合限制了其光催化效果。因此,本文通过将Bi2WO6与其他
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中国作为农业大国,需要大量使用草甘膦除草剂,使用过程中的残留会对人体健康造成严重的危害。光催化是一种可持续绿色化学技术,可以有效地将草甘膦降解成无毒无害的小分子物质或离子。其核心是高效稳定的半导体光催化剂。钨酸铋(Bi2WO6)是一种铋系半导体光催化剂,以其良好的可见光响应性能和高稳定性吸引了众多科研人员的关注,但它自身光生电子-空穴对极易复合限制了其光催化效果。因此,本文通过将Bi2WO6与其他半导体复合,制备出CuS/Bi2WO6、SnS2/Bi2WO6和Mo S2/GO/Bi2WO6三种复合光催化剂。通过XRD、SEM、TEM、XPS、DRS、PL、EIS和I-t等表征手段对复合光催化剂的组成、晶型、形貌以及光电化学性能进行研究。在LED灯的照射下,以草甘膦为目标污染物,对样品的光催化性能进行评价。本文的主要研究内容如下:(1)采用两步水热法制备CuS/Bi2WO6复合光催化剂,XRD结果显示Bi2WO6和CuS的晶型结构分别属于斜方晶和六方相,SEM显示Bi2WO6为纳米片组装成的花状结构。光催化降解草甘膦实验结果表明9%CuS/Bi2WO6的光催化性能达到85%,是Bi2WO6的2.6倍。这是由于CuS和Bi2WO6复合后形成了p-n异质结,构成内部电场,加速了光生载流子的分离,延长了光生电子和空穴的寿命。采用LC-MS对最终产物进行分析,提出了草甘膦断键方式为C-N键断裂,形成氨甲基膦酸、甲基磷酸和醋酸等小分子。(2)采用水热法和简单的超声复合制备SnS2/Bi2WO6复合光催化剂。将Bi2WO6、SnS2和SnS2/Bi2WO6复合样品在可见光下进行光催化实验,发现2%SnS2/Bi2WO6的降解效率达到70%。DRS显示SnS2和Bi2WO6的禁带宽度分别为2.06 e V和2.69 e V,具有良好的可见光吸收性能。结合捕获实验中e-、h+和·O2-自由基为光催化反应中主要活性物质,提出了样品光催化性能提升的原因是SnS2与Bi2WO6形成了二元Z型异质结构,可以有效地增强光生电子和空穴的分离效率,同时具有SnS2的强还原性电子和Bi2WO6的强氧化性空穴可以有效降解草甘膦。(3)通过改进的Hummers法制备氧化石墨烯和水热法制备GO/Bi2WO6复合催化剂,再通过简单的超声复合制得了三元Z型Mo S2/GO/Bi2WO6复合光催化剂。DRS结果显示,所有复合样品的吸收边缘都发生了红移,增大了对可见光的响应范围,荧光结果也表明复合GO和Mo S2后有效地促进光生电子-空穴对的分离。在180 min的光催化反应中,1%Mo S2/0.5%GO/Bi2WO6对草甘膦的降解效率达到87%。这是由于GO可以作为电子介体,Bi2WO6导带中的光生电子通过电子介体GO与Mo S2的价带上的空穴复合,降低了光生电子-空穴的复合率,从而提高其光催化性能。循环实验证实该复合材料具有较理想的重复使用性和稳定性。
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