【摘 要】
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为了实现社会的可持续发展,环境污染问题是面临的重大挑战之一。铋系光催化剂因其特殊的层状结构,通常具有高活性而被广泛应用在环境光催化领域。碘酸氧铋(BiOIO3)具有良好的稳
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为了实现社会的可持续发展,环境污染问题是面临的重大挑战之一。铋系光催化剂因其特殊的层状结构,通常具有高活性而被广泛应用在环境光催化领域。碘酸氧铋(BiOIO3)具有良好的稳定性、无毒且环境友好的特点而被广泛用于水污染处理、NO气体去除以及去除气态Hg等方面。BiOIO3具有特殊的层状结构而有利于电荷的高效分离,然而,BiOIO3也具有一些不容忽视的缺点,如:带隙较宽、光响应范围窄以及光生电子和空穴复合率高,导致光催化活性较低。因此寻求适当的方法来提高BiOIO3光催化性能对光催化材料的理论研究和有效解决环境污染问题都具有非常重要的意义。本文通过掺杂缩减BiOIO3材料的禁带宽度,提高可见光的利用率;负载碳量子点(CQDs)有效转移和存储催化剂中的光生电子,提高电荷分离效率。具体研究内容如下:(1)水热法制备BiOIO3、煅烧法制备氮掺杂碘酸氧铋(N-BiOIO3)。XRD、FT-IR、高倍TEM和XPS,证明了N原子掺杂进入BiOIO3晶格中;DRS和XPS价带谱图,结果表明,N原子的引入,减小了BiOIO3材料的禁带宽度,提高了可见光利用率;光电流证实,N原子的引入,促进了材料光生载流子的分离。在LED光催化降解实验中,相比于BiOIO3单体,N-BiOIO3材料具有更高的光催化活性。其中30%N-BiOIO3在降解RhB、BPA、CIP和TC时均展现出最高的光催化活性,在降解RhB的实验中30%N-BiOIO3材料的降解动力学常数是BiOIO3单体的10倍。最后,分析了N-BiOIO3材料的降解机理。(2)煅烧法制备30%N-BiOIO3(N-B)、水热法制备CQDs、常温搅拌法制备CQDs/N-B复合材料。XRD、FT-IR、XPS、TEM、SEM对材料进行分析,证明了CQDs/N-B复合材料被成功制备。DRS、光电流和EIS对材料的光电性能进行探究,证实了CQDs的引入有利于复合材料对光的吸收和光生载流子的分离。在LED光催化降解实验中,6%CQDs/N-B复合材料在降解RhB、BPA、CIP和TC时均展现出最高的光催化活性。其中在降解RhB的实验中6%CQDs/N-B复合材料的降解动力学常数是BiOIO3和N-B的7倍和2.8倍。最后,分析了CQDs/N-B复合材料的降解机理。(3)化学溶液法制备碘掺杂碘酸氧铋(I-B)、水热法制备CQDs、常温搅拌法制备CQDs/I-B复合材料。XRD、FT-IR、XPS、TEM、SEM,证实CQDs和I-B之间形成紧密结构,并且CQDs/I-B复合材料被成功制备。DRS、光电流和EIS对材料的光电性能进行探究,证实了CQDs的引入有利于复合材料对光的吸收和光生载流子的分离。在LED光催化降解实验中,5%CQDs/I-B复合材料在降解RhB、BPA和CIP时均展现出最高的光催化活性。其中,在降解RhB的实验中,5%CQDs/I-B复合材料在30 min即可完全降解污染物。最后,分析了CQDs/I-B复合材料的降解机理。
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