BiOX/g-C3N4的制备及其光催化性能研究

来源 :内蒙古科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhaoyuanhappy2008
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卤氧化铋(Bi OX,X=Cl、Br、I),作为新型的半导体光催化材料,凭借其独特的层状结构而成为近年的研究热点之一,但纯的Bi OX对光吸收有限、禁带带宽不合适、光生载流子分离效率低等问题导致其光催化性能较差。基于此,本文以Bi OBr为研究对象,通过与石墨相氮化碳(g-C3N4)、Bi OI复合构建异质结来改善Bi OBr的光催化性能,主要内容如下:调节尿素和三聚氰胺的比例(10:0、8:2、6:4、5:5、4:6、0:10)、煅烧温度(550℃、575℃、600℃、625℃)采用热聚合的方法制备了一系列g-C3N4。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、比表面积测试仪(BET)等,检测手段对样品进行了结构和形貌的表征。结果显示,在上述条件下均可制备出七嗪环周期性排列的g-C3N4。前驱体为纯尿素、575℃下制备的g-C3N4的产率最高,且对15 mg/L甲基橙(MO)的降解率达到30.91%。通过探究光催化降解机理可知,g-C3N4样品在降解MO过程中·OH为主要的活性物种。以四丙基溴化铵作为溴源采用沉淀法制备了纯Bi OBr。并通过原位复合g-C3N4制得二元复合物Bi OBr/x%g-C3N4(Bi OBr/x%CN,x=0.05、0.1、1或3)的异质结。通过XRD、FT-IR、XPS、EDS等表征方法证明复合物的成功制备。通过SEM和TEM结果显示复合物为纳米片状结构。以20 mg/L的MO作为目标污染物评价催化剂的光催化活性。结果表明,Bi OBr/0.1%CN的光催化活性较优,其降解率较纯Bi OBr提高了41.06%,且在降解过程中h+起到主要作用。进而研究了Bi OBr/0.1%CN的光催化固氮性能,较纯Bi OBr的固氮性能提高了39.74%。Bi OBr/0.1%CN异质结光催化性能的提升主要源于S型异质结的构建降低了电子-空穴的复合率并加速了载流子的传输速率。以碘化钠作为碘源,将BiOBr、BiOI和g-C3N4(CN)、HNO3改性的g-C3N4(CNH)采用沉淀法进行原位复合制备了三元复合物Bi OBr/Bi OI/0.1%CN和Bi OBr/Bi OI/0.1%CNH异质结。结构和形貌表征显示三元复合物成功制备,并呈现纳米片组装的花状结构。以不同的污染物(MO、罗丹明B(Rh B)、丽丝胺罗丹明B(LRB)、亚甲基蓝(MB)、Cr(Ⅵ))作为模拟污染物,在可见光下Bi OBr/Bi OI/0.1%CN的光催化活性均优于Bi OBr/0.1%CN,是三元复合物较二元复合物对可见光的吸收范围变宽且光生电子空穴的分离传输效率更高而导致的。并且Bi OBr/Bi OI/0.1%CN的光催化性能优于近期类似体系的相关报道。
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