BiOI基复合材料的可控制备及其光催化活性研究

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现如今,光催化染料技术被认为是能有效解决环境污染问题的最理想方法之一。BiOI作为BiOX(X=Cl,Br,I)家族的典型成员,因其较窄的带隙(~1.7 eV)而表现出优异的可见光响应,但由于其e-和h+的快速复合限制了在染料污染物降解方面的应用。因此,为扩展BiOI的应用,降低BiOI中e-和h+的复合率的任务迫在眉睫。本文基于BiOI在降解染料过程中的各类问题,采用简单的溶剂热、微波辅助合成及静电纺丝技术等方法已成功制备出高效的BiOI基复合光催化材料,试图解决BiOI在染料污染物降解方面光催化效率低的问题,其主要内容如下:1、以 Bi(NO33·5H2O 和 Ni(CH3COO)2·4H2O 分别为 Bi 源和 Ni 源,采用简单的溶剂热及煅烧法制备出具有高光催化降解RhB(1×10-5 mol/L,300 W氙灯模拟太阳光)能力的大孔/介孔NiO/BiOI异质结(S型)光催化剂,结果表明,NiO在复合物中所占质量比对NiO/BiOI复合光催化剂的光催化性能有很大的影响,当NiO的占比为10%时,复合物具有最好的光催化降解RhB的性能。2、以钛酸四丁酯和Bi(NO33·5H2O为前驱体原料,通过简单的静电纺丝和微波辅助合成技术成功合成了 TiO2/BiOI异质结(p-n)光催化剂,所有样品通过在室温下可见光(λ≥420 nm)照射降解1×10-5 mol/L RhB水溶液来评价其光催化性能。实验结果表明:TiO2在复合物中含量对TiO2/BiOI复合光催化剂的光催化性能影响很大,当TiO2与BiOI的质量比为20%时,其k值为53.3×10-3 min-1,分别是纯BiOI和纯TiO2的2.0和3.9倍,通过捕获实验确定了 h+为主要活性物质,·O2-为次要活性物质,并提出了一个可能增强TiO2/BiOI复合物光催化活性的机理。3、以Bi(NO33·5H2O作为Bi源、乙二醇作为还原剂,经过简单的微波辅助合成方法快速合成Bi/BiOI复合光催化剂。Bi单质作为传输电子的通道,有效促进BiOI电子空穴对的分离。所制备的Bi/BiOI复合花球通过在室温下可见光(λ≥420 nm)照射降解1×10-5 mol/L RhB水溶液来评价其光催化性能,与纯BiOI相比,复合物Bi/BiOI表现出优异的光催化性能,当Bi的负载量为20%时,Bi/BiOI光催化性能最优。这是因为Bi单质具有SPR效应,促进了e-的转移,从而增大了 BiOI的可见光响应范围。并且在Bi/BiOI降解RhB的过程中,h+和·O2-为主要的活性物质,·OH在降解反应中仅起次要作用。
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