【摘 要】
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光催化技术是一种绿色高效处理水体污染物的技术,在降解有机污染物中展现出良好的应用前景。近年来,Bi2WO6作为铋系层状钙钛矿结构的新型光催化材料备受关注,但由于其内部结构导致光生电子-空穴对容易发生复合。因此,构建能够扩大光响应范围、提高光生载流子产量抑制光生载流子复合的高效半导体光催化剂是研究工作者进一步研究和关注的主要课题。本文通过用宽禁带SiO2合成了二元异质结SiO2/Bi2WO6光催化剂
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光催化技术是一种绿色高效处理水体污染物的技术,在降解有机污染物中展现出良好的应用前景。近年来,Bi2WO6作为铋系层状钙钛矿结构的新型光催化材料备受关注,但由于其内部结构导致光生电子-空穴对容易发生复合。因此,构建能够扩大光响应范围、提高光生载流子产量抑制光生载流子复合的高效半导体光催化剂是研究工作者进一步研究和关注的主要课题。本文通过用宽禁带SiO2合成了二元异质结SiO2/Bi2WO6光催化剂;通过宽禁带SiO2和TiO2共同合成三元异质结SiO2/Bi2WO6/TiO2光催化剂;最后通过用金属Ag纳米颗粒修饰Bi2WO6基异质结光催化剂,水热法合成了 Ag/Bi2WO6/TiO2、SiO2/Ag/Bi2WO6和 SiO2/Ag/Bi2WO6/TiO2 复合材料。采用 XRD、SEM、EDS、TEM、HRTEM、XPS、UV-vis等测试手段,对所合成样品的物相结构、微观形貌、光学特性进行了表征以及分析。以罗丹明B(RhB)为目标降解污染物,在氙灯照射下(配备420nm的滤光片),用紫外分光光度计对所合成样品的光催化性能进行了测试。本论文具体研究内容如下:(1)通过水热法以及浸渍法合成了 SiO2/Bi2WO6、SiO2/Bi2WO6/TiO2复合光催化剂,然后用KOH将SiO2刻蚀掉,形成了 Bi2WO6光催化剂来进行对比。采用XRD、SEM、TEM、HRTEM、XPS对其所合成样品的物相结构、形貌特征、化学组成进行了表征和分析,XRD和SEM数据表明异质结结构并不影响Bi2WO6的晶体结构和微观形貌。在氙灯的照射下,以RhB为目标降解污染物,探究SiO2/Bi2WO6双元异质结光催化剂和SiO2/Bi2WO6/TiO2三元异质结光催化剂对光降解有机污染物效果的影响。结果表明所合成的样品中,SiO2/Bi2WO6/TiO2复合光催化剂对RhB染料展现出最佳的光催化性能,对RhB的降解效率在光照120 min后可达到87.1%。最后,我们分析得出SiO2/Bi2WO6/TiO2异质结光催化剂光催化活性提高的原因是SiO2、TiO2和Bi2WO6之间的协同作用,SiO2、TiO2与Bi2WO6之间形成异质结可以抑制光生电子和空穴的复合,另外SiO2宽禁带特点形成单方向电子-空穴对转移,保持还原性不变,减少氧化还原能力的降低,从而提高光催化活性。(2)为了进一步提高Bi2WO6光催化剂的光催化活性,通过Ag纳米颗粒修饰Bi2WO6基异质结光催化剂,水热法和浸渍法合成了 Ag/Bi2WO6、Ag/Bi2WOTiO2、SiO2/Bi2WO6/TiO2 和 SiO2/Ag/Bi2WO6/TiO2 复合材料。采用 XRD、SEM、EDS、TEM、HRTEM、XPS对其所合成样品的物相结构、形貌特征、化学组成进行了表征和分析,XRD和SEM数据表明Ag纳米颗粒的修饰不改变原来复合材料的结构与形貌的变化。在氙灯的照射下,以RhB为目标降解污染物,探究了 Ag纳米颗粒修饰后的异质结对光催化剂的光催化活性的影响。结果表明,被Ag纳米颗粒修饰过的异质结光催化剂,光催化活性都有较明显的提高。最后,我们分析得出Ag/Bi2WO6/TiO2、SiO2/Bi2WO6/TiO2 和 SiO2/Bi2WO6/TiO2 异质结光催化剂光催化活性提高的原因是Ag纳米颗粒的等离子效应,作为电子阱,主要起到收集电子的作用;热电子的注入,使得Ag和TiO2在Bi2WO6内部构建内建电场来抑制光生载流子重组,导致增强光催化活性。
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