BiOI基复合光催化剂的制备及其光催化性能研究

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光催化作为一种新兴的环境友好型的技术,为当前面临的能源短缺与环境污染问题提供了一种有效的解决方案。光催化技术离不开半导体材料,传统的半导体光催化材料(如TiO2等)对太阳光的利用率低,难以满足实际应用要求,所以研发新型、高效、无污染的半导体材料具有重要的现实意义。碘化氧铋(BiOI)是一种新型的半导体光催化材料,拥有较小的带隙能(1.71.9 eV),对光的吸收范围广,以及独特的层状结构,使得BiOI材料具有良好的催化性能和光学性能。然而,BiOI材料的光生电子和空穴容易发生复合,影响了其光催化性能,这限制了BiOI在实际中的应用。因此,为了改善BiOI材料所存在的不足,本文将其作为基础构建了不同复合结构的光催化剂,从而促进BiOI材料中光生电荷的分离,以此来提高光催化材料的的光催化性能。具体研究内容如下:(1)以Co(NO32·6H2O和Na2WO4·2H2O为原料,通过水热法制备得到CoWO4。将纳米颗粒状的CoWO4引入到BiOI的制备中通过沉淀法制得CoWO4/BiOI复合光催化剂,并确定两者最佳配比。通过一系列表征分析,p型半导体CoWO4与p型半导体BiOI形成了复合结构p-p结,这种复合结构能有效的促进光催化剂中光生电子-空穴对的分离。当CoWO4与BiOI的摩尔比为2:1时,表现出最佳的光催化性能,120 min的可见光照射下,对RhB和TC的降解效率分别达到99.3%和81.8%。(2)通过向InCl3溶液中加入溶解一定量的葡萄糖和尿素,以水热法制备花状的In2O3,将其引入BiOI的制备中通过沉淀法制得In2O3/BiOI复合光催化剂。通过XRD、DRS、SEM、TEM和XPS等表征手段分析制备样品的光吸收性能和组成成分。并在电化学测试方法中,复合光催化剂表现出更高的电荷分离效率。将其应用于RhB和TC的降解中,当In2O3的质量分数为5%时,表现出最佳的光催化性能,在120 min可见光的照射下对RhB的降解效率达到96%,并且80 min内可对TC的降解效率达到83.1%,明显优于单体材料的降解效率。(3)将钨酸进行煅烧先制备出WO3,再通过沉淀法一步制得WO3/BiOI/GO的三元复合光催化剂。实验中可看出,GO的掺杂增强了复合光催化剂对可见光的吸收强度,并在一定程度上拓宽了光吸收范围。GO材料在复合光催化剂中,作为电子导体,极大的促进了光生载流子的分离,从而表现出优异的光催化性能。在对RhB和TC的降解实验中,GO的引入量为复合材料理论质量分数3%时,表现出最好的光催化活性,在可见光照射下,120 min时对RhB和TC的降解效率分别达到96.5%和84.0%。
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