Bi2MoO6基复合纳米材料的制备及光催化性能研究

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Bi2MoO6基半导体纳米材料以其优异的电子结构和独特的物理化学性能在催化领域得到了广泛的关注。针对Bi2MoO6带隙较宽和光生载流子复合时间短等问题,本论文利用可控液相合成方式,通过调节半导体形貌,负载金属元素以及构建异质结构的方法,研究了形貌、金属掺杂及异质结构对Bi2MoO6的比表面积带隙、氧化还原能力及载流子的分离效率的影响规律,深入的研究了催化反应本质,为新型高效催化剂的开发提供了理论依据和数据支撑。本论文的具体工作如下:(1)采用水热合成的方法,通过调节溶剂类型制备了Bi2MoO6花状纳米片和散状纳米片结构。研究了不同形貌的Bi2MoO6晶体结构、光学带隙及形貌变化,相比Bi2MoO6花状纳米片,Bi2MoO6散状纳米片光生载流子分离效率高,具有较强的光催化效率。(2)采用水热法制备了新型可见光响应Bi2MoO6/CuO异质结构。详细研究了Bi2MoO6/CuO的晶体结构、化学状态、原子组成、光学性质和形貌。与单独的Bi2MoO6和CuO相比,Bi2MoO6/CuO复合材料在可见光照射下对罗丹明B有显著增强的光催化降解作用。说明Bi2MoO6和CuO的结合不仅可以增加可见光的吸收,同时也促进了光生电子空穴对的分离效率。采用密度泛函理论计算、紫外-可见漫反射光谱和Mott-Schottky分析对Bi2MoO6和CuO的电子性质和能带结构进行了分析,结果表明,Bi2MoO6和CuO的价带和导带位置匹配良好,提出了Z型异质结构的光催化降解机理。(3)采用原位光还原法制备了可见光响应Pd@Bi2MoO6光催化剂,系统地研究了Pd负载Bi2MoO6的晶体结构、化学组成、光学性质和形貌变化。与单独Bi2MoO6对比发现,Pd负载的Bi2MoO6纳米片,在可见光照射下表现出增强的光催化活性。Pd的功函数大于Bi2MoO6,因此Pd纳米粒子可以作为电子受体,接收Bi2MoO6导带上的电子。同时Pd金属在可见光照射下产生等离子体共振效应,产生的光生电子可以转移到Bi2MoO6的导带,电子空穴对的分离得到促进。由于Pd金属纳米粒子与Bi2MoO6的协同效应,当Pd纳米粒子的掺杂质量为10%时,催化剂对染料的降解率达到99%。
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