Bi2WO6基复合材料的制备及光催化性能研究

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钨酸铋(Bi2WO6)作为一种窄带隙、具有优异的稳定性和光催化活性的新型半导体材料,在抗菌、环境治理以及新能源领域有着广阔的应用前景。然而,Bi2WO6也存在光响应范围窄和光生电荷易复合等缺点,这极大限制了其光催化活性。因此,为了提高Bi2WO6的光催化效率,本文通过形貌调控、表面贵金属沉积和半导体复合等改性方法制备了Bi2WO6、Ag/Bi2WO6和TiO2/Bi2WO6复合材料,研究了不同反应条件对材料结构、形貌、光学特性和光催化性能的影响。主要研究内容如下:1、以Bi(NO3)3·5H2O和Na2WO4·2H2O为原料,通过水热合成法,在不添加任何表面活性剂的条件下,制备出了Bi2WO6光催化材料。研究了不同矿化剂和反应温度对材料的结构、形貌、光学特性和光催化性能的影响,并分析了Bi2WO6的生长机理和光催化降解机理。实验结果表明,通过改变矿化剂种类可以得到纳米颗粒、纳米片状以及花状微球的Bi2WO6,其中以水作为矿化剂得到的花状微球Bi2WO6表现出较好的光催化活性,可见光照射120 min后对Rh B溶液的降解率可达89.9%,并且经过5次循环实验后,对Rh B的降解率仍可达70%以上,同时其物相结构无明显变化,表明该材料有较高的循环稳定性。通过改变反应温度发现,Bi2WO6的光催化性能随着温度升高呈现先升高后降低的趋势,180℃条件下制备的Bi2WO6性能较优。在自由基捕捉实验中,发现空穴(h+)和超氧自由基(·O2-)是光催化反应中的主要活性基团,并分析了Bi2WO6降解有机污染物的光催化机理。2、采用光还原法制备了Ag/Bi2WO6复合材料,研究了不同Ag NO3/Bi2WO6质量比对复合材料结构、形貌及光催化性能等的影响,并对光催化机理进行了分析。结果表明,Ag的存在提高了催化剂的光吸收能力,并抑制了光生电子和空穴的复合,因此不同Ag NO3/Bi2WO6质量比制备的Ag/Bi2WO6复合材料表现出比Bi2WO6更优异的光催化性能。其中,当Ag NO3/Bi2WO6质量比为4%时,Ag/Bi2WO6具有较高的光催化活性,可见光照射120 min后对Rh B的降解率可达99.2%,并且经过5次循环实验后,对Rh B的降解率依然可达90%以上。3、采用原位水热合成法制备了TiO2/Bi2WO6复合材料,并以PDA为粘附剂,ACF为载体,制备了TiO2/Bi2WO6/ACF复合材料。研究了不同TiO2含量对TiO2/Bi2WO6结构、形貌和性能的影响,同时考察了TiO2/Bi2WO6/ACF对气态苯系物的降解性能。结果表明,当TiO2的含量为1 mmol时,TiO2/Bi2WO6复合材料表现出优异的光催化性能,可见光照射120 min后对Rh B的降解率可达98.4%。在TiO2/Bi2WO6/ACF光催化降解苯系物的实验中发现,随着TiO2/Bi2WO6含量的增加,降解效率呈先升高后降低的趋势,其中TiO2/Bi2WO6含量为0.2 g制备得到的样品对苯系物有较好的降解性能,可见光照射6 h后对甲苯、乙苯和二甲苯的降解率分别可达35.1%、51%和47.5%。
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