卤氧铋系材料的改性及其光催化性能研究

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卤氧铋(BiOX)是一种新型光催化剂,具有独特的层状结构,在有机废水处理过程中表现出较好的活性,近年来被广泛研究。但纯相的BiOX仍然具有一定的局限性。为了进一步改进BiOX性能,本研究分别从阳离子和阴离子掺杂入手对BiOX进行改性,研究了掺杂对光催化性能的影响。具体内容如下:(1)阴离子掺杂:选用卤素阴离子进行相互掺杂,通过溶剂热法分别制备了BiOBrXCl1-X和BiOBrXI1-X两个系列催化剂,并通过SEM、XRD、UV-Vis和光电化学测试等手段对催化剂系统表征及可见光下催化降解性能测试。结果表明,在BiOBrXCl1-X这一系列中,随着Br含量的增加,材料一直保持纳米薄片组成的1μm大小的微球状结构。可见光降解实验结果显示,BiOBr0.2Cl0.8具有较好的光催化性能,电化学测试分析其阻抗较低,电荷传输速率较高是其高性能的直接原因。BiOBrXI1-X系列材料中,BiOBr0.6I0.4的形貌较纯相BiOI和BiOBr而言,显示出了更小的栗苞状结构,比表面积也远远高于纯相材料。可见光降解污染物结果发现,BiOBr0.6I0.4具有最好光催化活性。15 min罗丹明B(RhB)降解率达95%以上。光电化学测试和荧光光谱也证明了BiOBr0.6I0.4具有更高的电荷传输速率和光生载流子不易复合的特点,为BiOBr0.6I0.4优良的光催化性能提供了有利的佐证。(2)阳离子掺杂:选用原子半径小于Bi的第三周期元素Ga和第四周期的In进行掺杂修饰BiOI,分别制备了Bi1-XGaXOI和Bi1-XInXOI系列样品。实验结果表明,随着Ga掺杂比例的增大,BiOI材料本身的微球状结构被明显破坏,XRD测试表明生成了固溶体结构,并且光催化活性有所下降。而在Bi1-XInXOI的研究中发现,随着In离子的少量掺杂,并未明显改变BiOI的形貌,仍然保持原来的纳米薄片微球颗粒状。光电化学测试表明,Bi0.92In0.08OI的光生电流密度最大,并且在光催化降解RhB实验中也表现出了较高的光催化性能,In的适量掺杂能有效提高BiOI的光催化活性。
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