BiOCl基可见光复合光催化剂的制备及性能研究

来源 :黑龙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nymphamor
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近几十年来,工业废水的随意排放造成了极为严重的水污染,但传统的水处理系统很难消除持久性有机污染物,因此,高效、环保的半导体光催化技术作为解决全球能源短缺和环境净化的有效方法受到了人们的重视。半导体光催化被认为是一种环境友好、节能效率高的技术,对实现太阳能转化方面的突出能力使人们对其密切关注。然而被人们知道的传统光催化剂(比如Ti O2)它的带隙较宽,所以使得其只能在紫外光区域内响应,这大大的限制了光催化在现实中的应用。因此,需要一种可以解决这些问题的新型光催化剂。Bi基半导体光催化剂如Bi OCl因为其[Bi2O2]2+和双氯原子独特的层状结构和潜在的光催化降解能力在近几年引起了广泛的关注,但其带隙也较宽,所以为了提高单一组分的生物活性,开发了多种生物复合材料。所以,本论文将Bi基半导体光催化剂结合光敏材料形成异质结,产生的异质结效应有助于光生电子空穴对的分离,然后从异质结表面将金属纳米粒子还原出来形成等离子体共振,大幅度提高可见光吸收能力。着重分析复合光催化剂的光催化性能以及对几种污染物的光降解效率,并探讨了其光催化机理。论文重点研究了以下内容:(1)通过一步水热法成功合成Bi OCl微球,再通过化学还原的方法在Bi OCl表面还原出纳米粒子,形成Bi-Bi OCl造成表面等离子体共振,然后通过简单的物理混合与Ag Cl复合形成Bi-Bi OCl/Ag Cl微球复合异质结催化剂。该催化剂对双酚A,2,6-二氯苯酚,2,4,5-三氯苯酚的光降解效率分别为99%,96%,99%,而且其光解水产氢效率为198.2μmol h-1 g-1,是原始Bi OCl的5倍(45.6μmol h-1 g-1)。然后根据一系列的光性能测试提出了可能的光催化机理,是由于两种物质紧密接触形成异质结,产生异质结作用,还原出的Bi共同造成Z型结构,延长电子寿命,同时形成的SPR效应加快电子空穴对的分离。(2)采用一步水热法以及煅烧法合成Bi3O4Cl纳米片,再通过简单的物理混合复合Ag Cl光敏材料,继而通过固态还原的方法将Bi,Ag纳米粒子同时还原出来形成双等离子体共振,合成新型纳米材料Bi-Bi3O4Cl/Ag-Ag Cl超薄纳米片,该催化剂对头孢曲通钠的TOC去除率是98.9%,对Cr(VI)的光还原效率是98.3%。此外,也表明其具有很好的光热性能,其机理探讨也通过一系列的性能研究确定了,与光敏材料复合形成的异质结形成异质结效应,缩短了带隙,然后还原出的Bi,Ag粒子形成的双等离子体效应进一步促进电子的转移,并且形成直接Z型机制,这些都提高了光催化性能。
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