Bi2WO6基复合光催化剂的制备及光催化性能研究

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工业化的快速发展带来的环境污染和能源短缺问题日益凸显,各个国家和地区研究人员不断加大力度积极探索解决这两大问题的新方法,半导体光催化技术作为一种可持续发展的绿色环保技术得到广泛关注,通过光催化剂结合太阳光不仅可以将水体中的污染物去除而且还能够光解水产生氢气等清洁能源。在众多光催化剂中,钨酸铋作为典型的Aurivillius氧化物之一,具有合适的带隙,特殊的电子结构,且价格低廉,作为光催化剂具有良好的应用前景,但是,单一组分的钨酸铋光催化剂光催化能力难以满足要求,有必要对其进行光催化改性,通过构建Z-scheme体系和多元异质结等方法来增大其吸收利用太阳光的能力,提升实际应用价值。本文采用水热法制备出钨酸铋纳米材料,并以此为基底制备出复合光催化剂,通过XRD、SEM、XPS、FT-IR、DRS、PL、EIS等表征手段对样品的形貌结构及光学性质进行分析,分别测试了单独钨酸铋、Ag I/Bi2WO6和Ag I/Bi2WO6/Ag3VO4复合催化剂对不同染料的光催化降解性能。论文的主要研究内容如下:(1)以钨酸钠和硝酸铋为原料,采用一步水热法合成钨酸铋纳米花,考察了可见光下钨酸铋纳米花对不同染料的光催化降解效率,结果表明,合成的产物对Rh B、MB、MO三种染料均有降解效果,但是效率较低,有待进一步提高;(2)采用液相沉积法成功制备出Ag I/Bi2WO6复合光催化剂,光催化降解罗丹明B表明复合光催化剂降解效率明显提升,其中,20%Ag I/Bi2WO6复合催化剂光照30 min后,Rh B降解效率达到91%;PL、光电流、EIS表征发现,Ag I/Bi2WO6复合光催化剂具有良好的界面传输速率,最大光电流可以达到2.6μA/cm2;自由基捕获实验表明复合物之间形成了Z-scheme体系;(3)以钨酸铋纳米花为基底,碘化钾(KI)和正钒酸钠(Na3VO4)分别为碘源和钒酸根源,通过一步液相沉积法成功制备出Ag I/Bi2WO6/Ag3VO4三元异质结催化剂。通过调整VO43-和I-的比例制备出不同摩尔比的三元复合催化剂,探究了催化剂对Rh B、MO、MB的降解效率,结果表明,相较于二元Ag I/Bi2WO6Z-scheme体系,三元复合催化剂具有良好的普适性,并且光照5 min内,Rh B降解效率可以达到93%,速率明显高于二元复合催化剂。
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