基于Bi金属SPR效应与rGO共修饰SnO2等离子体光催化剂的构建与降解MB与TCH性能探究

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作为一种高级氧化技术,光催化技术能有效降解水中一些常规工艺难以去除的染料及抗生素类污染物。本文基于光催化技术,制备并探究复合材料对亚甲基蓝和四环素的降解效果。利用铋金属(Bi)的SPR效应构建等离子体光催化剂充分提高复合材料对可见光的利用效率,并负载还原氧化石墨烯(rGO)提高复合材料的电荷分离效率,最终实现光催化材料在可见光条件下对污染物的高效降解。本文使用SnO2作为光催化剂,通过两步法将Bi金属和rGO负载在催化剂表面,构建基于Bi金属SPR效应与rGO共修饰的等离子体光催化剂。实验过程中调节不同Bi金属与rGO的负载比例,根据复合材料对亚甲基蓝和四环素的降解效率确定最佳的负载比例。最佳负载比(质量分数)分别为20%(Bi)和0.15%(rGO)。最终制备的复合材料对亚甲基蓝的降解效率达到75.6%(120min),对四环素的降解效率达到94.1%(60min)。后续实验中继续采用上述比例,同时对制备的材料进行SEM,XRD,FTIR等表征分析复合材料的物相结构和表面形貌。本文通过使用DRS、PL、瞬态光电流和EIS分析复合材料的光电特性用以探究Bi与rGO起到的作用。通过数据对比发现在Bi金属沉积后复合材料在400nm至800nm之间的光吸收能力明显提高,这可归咎于Bi金属的SPR效应,且复合材料的禁带宽度保持3.5 eV不变,即材料本身的电子结构与氧化还原性不变。同时根据EIS和PL结果可以发现SnO2优化后,材料内阻降低,光生载流子的分离效率提高。通过瞬态光电流分析复合材料的电荷分离效率,发现单纯的SnO2光照时最大电流密度仅为0.15μA·cm-2左右,而在Bi与rGO共修饰之后光照时最大电流密度达到了0.4μA·cm-2左右,提升到原来的2.7倍左右。并且电流密度更快到达最大值。这进一步说明修饰后的复合材料产生更多电荷且分离效率有明显提升。通过以上实验可以发现利用Bi金属构建的等离子体光催化剂具有很好的光催化性能,研究结论对日后Bi金属等离子体光催化材料的制备与应用具有一定的参考价值。
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