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自1972年Fujishima等首次发现单晶TiO2电极上能够光催化分解水后,半导体光催化技术迅速受到了各国环境研究者的普遍关注。光催化技术因其安全高效性将成为解决环境问题的一条可能的途径。研究光催化降解有机污染物和光催化抗菌方面的报道很多。然而,大多数研究是用汞灯或者氙灯作为光源来为光催化过程提供紫外光和可见光。超过一定剂量的紫外光会对身体造成损伤,而大功率氙灯的运行成本又很高。因此,有必要寻找高效、稳定、可被低功率光源激发的新型可见光催化材料,为在室内环境实现光催化降解污染物提供可能性。论文的主要内容包括:
1.Bi2WO6及Ag负载Bi2WO6的合成及其光催化抗菌性能
在TiO2光催化抗菌性能的启示下,对一种非TiO2的纯相Bi2WO6纳米半导体材料的光催化抗菌性能进行了研究。探索并获得Bi2WO6具备最佳光催化抗菌效果的条件,并对其机理进行了研究。光催化抗菌过程符合准一阶动力学。对细菌被处理前后的形貌变化并结合ICP-OES技术对K+量进行了检测,进一步证明Bi2WO6光催化作用对大肠杆菌造成了损伤。
采用醇热法一步合成了Ag负载的Bi2WO6,进一步提升了Bi2WO6的光催化抗菌活性。通过XRD、TEM、HRTEM、UV-vis和EDX等表征手段对其组成、形貌和光学性能进行了分析。实验表明在300 W氙灯照射下(λ>420 nm),Ag负载的Bi2WO6的光催化抗菌效率比纯Bi2WO6的提高了3倍。研究了Bi2WO6表面Ag的负载量对其光催化抗菌活性的影响,发现Ag负载Bi2WO6的光催化抗菌活性的提升是来自于贵金属Ag与Bi2WO6之间的协同作用。2.AgVO3一维纳米结构的光催化性能研究以及形貌对抗菌活性影响的研究
(1)采用水热法制备了一维结构的纳米β-AgVO3。对样品的XRD、TEM、SAED、HRTEM等表征结果进行了分析,表明其具有各向异性生长的特性。通过添加剂PEG的作用,可以有效限制其一维方向的生长。实验结果表明在15 W节能灯下光照40 min,β-AgVO3对大肠杆菌的抗菌效率达99%以上。另外,一维β-AgVO3的光催化活性高于非一维结构的β-AgVO3。
(2)研究了Cu2O不同晶面对抗菌活性的影响。由于Cu2O不同晶面的原子排列不同,暴露面为(111)面的Cu2O八面体表现出比暴露面为{100}面的Cu2O六面体更高的抗菌活性。Zeta电位测试表明大肠杆菌与Cu2O之间的静电作用力影响了其抗菌活性。
3.Bi2MoO6及其同组分复合化合物的合成及光催化性能研究
采用水热法制备了纳米Bi2MoO6,基于Bi2MoO6的能带结构,Bi2MoO6在3 W蓝色LED灯下不仅可以光催化抗菌,而且可以有效降解偶氮染料罗丹明B和无色有机物苯酚。通过半导体/半导体复合的途径,提升了Bi2MoO6的光催化活性。在适宜的pH值下,用水热法一步合成了Bi3.64Mo0.36O6.55/Bi2MoO6同组分的异质结构化合物。对样品的XRD、SEM、SAED、TEM和HRTEM等表征结果进行了详细的分析。实验结果表明在光催化降解RhB和苯酚中,具有复合结构的化合物比单一相的Bi3.64Mo0.36O6.55和Bi2MoO6具有更高效的光催化活性。而且,Bi3.64Mo0.36O6.55/Bi2MoO6在光催化降解苯酚的过程中可以有效地将苯酚矿化为CO2。