卤氧化铋复合光催化材料的合成及光催化降解性能研究

来源 :湖南科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:YFY2006
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卤氧化铋BiOX(X=Cl,Br,I)是由[Bi2O2]2+层夹在两个卤素离子中间形成([X-Bi-O-Bi-X])层状结构,是一种非常重要的光催化材料。其中BiOBr的能隙宽度较窄,约为2.7 eV,吸收波长可延伸至可见光区且化学稳定性好。但对于单一的BiOBr,其光生电子-空穴对极容易复合,因此实际应用受到限制。BiOCl的能隙宽度为3.46 eV,只能吸收太阳光中的紫外光。以卤氧化铋复合电子结构匹配的半导体制备复合光催化材料可以增加其太阳光谱吸收频率范围,使电子和空穴有效分离,从而提高其在可见光中的催化活性。本文以Bi(NO33·5H2O为铋源,,通过水热法制备出2D纳米片状BiOBr、BiOCl,分别与N-SrTiO3和Bi2O2(OH)(NO3)制备成不同复合光催化剂。采用XRD、XPS、SEM、荧光光谱、紫外漫反射光谱、电化学等测试手段对所制备的样品的结构、形态、光学特性等方面进行了分析。并以300W氙灯作为可见光光源,通过降解罗丹明B溶液(RhB)来分析样品的光催化性能。(1)采用不同溶剂制备的得到的BiOBr在可见光下表现出不同的光催化性能。以乙二醇为溶剂制备的BiOBr表现出更好的结晶性。在可见光下对RhB的降解实验中,BiOBr(乙二醇为溶剂)表现出更好的光降解性能,可在20 min降解率达到64%,远高于BiOBr(水为溶剂)(15%)的降解速率。表明以乙二醇为溶剂制备的BiOBr纳米片中的电子-空穴复合率被有效的抑制,光催化活性显著提高。(2)单独的N-SrTiO3和BiOBr在光反应过程中对RhB的降解率均较低且降解缓慢。而复合后的催化剂在可见光下对RhB溶液的降解效率明显提高,其中18%N-SrTiO3/BiOBr活性最高,在60 min内降解率达到了100%,复合催化剂电子能带结构分析证实在N-SrTiO3和BiOBr界面形成了Ⅱ型异质结,降低了电子与空穴的重组率。提高了其光催化活性。对N-SrTiO3/BiOBr催化剂的机理进行了探索,结果表明·OH、h+和·O2-在降解RhB溶液过程中起了主要的作用。(3)Bi2O2(OH)(NO3)在经过100 min光反应后RhB溶液浓度仅降低了18%。BiOCl经过100 min后降解率为68%,相比于纯Bi2O2(OH)(NO3)和BiOCl,复合后的催化剂表现出更高的光催化活性。其中9%Bi2O2(OH)(NO3)/BiOCl经过100min后的光反应可将RhB降解完全。Bi2O2(OH)(NO3)与BiOCl的复合后,加速了光生载流子在半导体内的转移速率,降低了电子与空穴的复合率,从而提高其催化活性。对Bi2O2(OH)(NO3)/BiOCl的催化机理的分析证实了降解RhB的主要活性物种为h+和·O2-
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