铋基微/纳米材料的制备和性质研究

来源 :安徽大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cathy1989
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近些年来,环境问题已经引起人们的关注,因此人们寻求绿色、安全的方法来解决环境污染问题和能源问题。纳米半导体材料因其高效、廉价和环境友好的特点被用于光催化降解有机污染物和光催化制氢,也引起了研究者们的广泛关注。大部分的催化剂都存在着晶体带隙宽、电子-空穴复合率高、重复利用率低等缺点。为此,开发性能优良的可见光响应光催化剂具有重要意义。本论文分别合成了新颖的吸附剂BiOBr/Bi2W06,光催化剂Ag/Bi2W06和BiOX(X=C1、Br、I),并对其吸附及光催化性质进行了研究。论文的主要内容如下:1.鳞状BiOBr/Bi2WO6的合成及其对有机染料的吸附性能采用一步水热法成功制备鳞状形貌的BiOBr/Bi2WO6复合物,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、N2吸附/解吸比表面测定仪(BET)、FT-IR光谱等对复合物进行了表征。通过对比BiOBr/Bi2WO6与BiOBr和Bi2WO6 的 SEM照片,结合KBr的浓度实验,提出了BiOBr/Bi2WO6的鳞状形貌的形成机理。当KBr的浓度较低时,产物以Bi2WO6为主,产物形貌呈现类花状;当KBr浓度较高时,溶液中主要生成BiOBr。随着反应的进行,WO42-进一步与BiOBr反应,取代其中的Br-,但没有改变原来的BiOBr晶体结构。所以BiOBr/Bi2WO6的形貌与BiOB r的形貌非常类似。选取有机染料为吸附质,BiOBr/Bi2WO6为吸附剂进行了复合物吸附性能测试。结果表明,BiOBr/Bi2WO6对阳离子染料表现出优越的吸附性能,10min对次甲基的吸附率高达99%,优于常规的活性炭吸附剂。此外,BiOBr/Bi2WO6对有机染料的吸附行为符合准二级反应速率方程和F reundlich等温吸附模型。2.Ag/Bi2WO6纳米簇的控制合成及性质研究以水为溶剂,温和、无模板条件下利用水热法合成簇状钨酸铋,并通过原位还原法将银纳米粒子负载在其表面,得到复合催化剂Ag/Bi2WO6。采用XRD、SEM、XPS、UV-vis DRS等对样品进行了表征与测试。改变溶液的pH值,得到了具有不同形貌的钨酸铋。根据文献综述和SEM图谱可知,溶液中的H+或者Bi2WO6的形貌形成产生了一定的影响,并且在Ostwald熟化机理的作用下,产物最终的形貌存在一定的差异性。选择对硝基苯酚在NaBH4作用下还原生成对氨基苯酚为模型反应,探讨了Ag/Bi2WO6的催化活性,以及NaBH4浓度和催化剂用量等因素对反应速率的影响。结果表明,Ag的负载量为5.0%的复合样品的催化活性最高,17min内可以将4-NP催化还原。另外,模拟太阳光下,复合样品Ag/Bi2WO6作催化剂,难降解的有机染料结晶紫为污染物模型,进行光催化实验来研究复合样品的光催化活性。结果表明,负载量为5.0%的复合样品的光催化活性最高,表明Ag/Bi2WO6可以作为新型的光催化剂用于光催化降解有机污染物。3.BiOX(X=Cl、Br、I)纳米材料的制备及性质研究利用简单的一步水热法制备了光催化剂BiOCl、BiOBr 和 BiOI,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)等对产物进行了表征。以有机染料MB、RhB和MO为模型污染物,BiOCl、BiOBr、BiOI为吸附剂进行了吸附实验。结果表明BiOI具有较好的吸附性能,对罗丹明的吸附性优于其他染料。另外,在模拟太阳光下研究了三种样品的光催化性能,初步探讨了可能的光催化降解机理。实验结果表明:BiOBr的光催化效果最好,模拟太阳光照射10min对罗丹明B的降解率达到100%。另外根据活性物种捕获实验可知,光生空穴和·02-在光催化反应过程中共同起作用,且光生空穴起主要作用。
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