Bi2WO6和Bi2WO6/TiO2异质结的制备及其光催化性能的研究

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TiO2是传统的光催化材料,为了解决TiO2对自然光的利用率低及光生载流子复合率高而导致的量子效率低的问题。我们研究了具有可见光响应的新型半导体光催化剂Bi2WO6,并且通过复合制备了Bi2WO6/TiO2的异质结,探索了单相和复相光催化剂的光催化活性。其主要内容包括:采用水热法合成单分散的Bi2WO6纳米粉体,使用HNO3、NaOH和NH3·H2O调节Bi2WO6前驱体溶液的pH值,合成不同形貌及光催化性能的Bi2WO6粉体催化剂。以此来探究pH对Bi2WO6粉体合成的影响,我们选择了pH=3、7、11作为典型的酸性、中性和碱性环境来探究。并利用扫描X射线衍射(XRD)、电子显微镜(FESEM)、紫外可见分光光度计对样品的结构,表面形貌及其光催化性能进行了分析和表征。结果表明,pH=3和7时,合成了片状结构和鸟巢状结构的Bi2WO6粉末;pH=11时合成了八面体颗粒的Bi3.84W0.16O6.24催化剂。他们的光催化活性产生很大差异,其中pH=3> pH=7> pH=11。水热法制备Bi2WO6/TiO2异质结粉末,按不同的比例将TiO2溶胶加入Bi2WO6前驱体溶液中,水热反应制备Bi2WO6/TiO2异质结粉末。实验结果表明:TiO2与Bi2WO6的复合可有效改善光催化性能,Bi2WO6/TiO2光催化粉末光催化原理遵循协同机制,可克服TiO2半导体带隙宽和Bi2WO6光催化性能较差的问题,在可见光下具有优良的光催化性能。TiO2的加入量可以对Bi2WO6/TiO2光催化粉末的形貌造成很大影响,按照TiO2不同的加入质量分数我们记为TiχBW,当TiO2的加入量较小时呈菊花状,当TiO2的加入量较大时,出现较多纳米颗粒。合成的Bi2WO6/TiO2异质结光催化粉末,光催化活性为Ti30BW>Ti10BW>Ti20BW>Ti40BW>Ti50BW。用非晶态络合物法制备了不同质量分数(1wt%、2wt%、3wt%、4wt%和5wt%)的Bi2WO6前驱体溶液,经浸渍提拉在玻璃基底上制备Bi2WO6薄膜。制备不同质量分数的单层和双层Bi2WO6薄膜,探究了Bi2WO6前驱体溶液的质量分数及薄膜的层数对Bi2WO6薄膜光催化性质的影响。实验表明,质量分数为3wt%的单层Bi2WO6薄膜的光催化活性最好,光照14h后降解率为29.16%。质量分数相同的单层Bi2WO6薄膜的光催化活性优于双层的Bi2WO6薄膜。选取质量分数为3wt%的Bi2WO6薄膜在不同温度下煅烧,探究煅烧温度对Bi2WO6薄膜光催化性能的影响,结果表明煅烧温度为350℃时光催化活性最好,光照14h后降解率为50.68%。采用溶胶-凝胶法制备TiO2溶胶,用非晶态络合物法制备Bi2WO6前驱体溶液,再经浸渍提拉在玻璃基底上制备Bi2WO6-TiO2异质结薄膜。研究煅烧温度、镀膜的先后顺序和Bi2WO6前驱体溶液的质量分数对异质结薄膜的形貌、结构和光催化活性的影响。制备的Glass/Bi2WO6/TiO2异质结薄膜,形成有趣的表面多孔结构,增大了薄膜的比表面积。质量分数为1wt%的Glass/Bi2WO6/TiO2异质结薄膜的光催化活性最高,14h后降解率达80.67%。
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