基于硒化钨的p-n异质结光催化材料的制备及性能研究

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二维过渡金属硒化钨(WSe2)具有良好的导电、导热能力和较宽的可见光响应范围,在光催化领域的具有较好的潜在应用。然而WSe2的电子-空穴对复合快影响了其光催化性能,而复合材料p-n异质结因内置电场的作用可以抑制电子-空穴对的复合。因此,本文将WSe2分别与In2S3、Bi VO4及In2S3/Zn In2S4复配,构建出三种p-n异质结复合光催化材料。在可见光的照射下,利用所合成光催化材料对染料和抗生素进行降解,以考察其光催化性能。通过捕获试验探讨p-n异质结复合材料的光催化反应机理及光生电荷迁移路径。本论文的主要研究内容与结果如下:采用水热法制备了具有良好光催化活性和稳定性的WSe2/In2S3p-n异质结光催化材料。通过扫描电镜和透射电镜分析了WSe2/In2S3的结构和形态特征。可见光下降解亚甲基蓝(MB)的实验表明,WSe2/In2S3的光催化性能显著提高,其中,WSe2/In2S3(1:10)对MB的降解率达到最佳(92%)。同时,利用液相色谱/质谱检测了复合材料光催化降解MB的中间产物。p-n异质结的构建可以有效地分离WSe2/In2S3的光生电子-空穴对,从而提高其光催化性能。采用水热溶剂法合成WSe2/Bi VO4p-n异质结光催化剂。在可见光照射下,10%WSe2/Bi VO4对MB的降解效果最好,可达94.5%。经过八次循环后,WSe2/Bi VO4的降解率仍达到72%,并表现出良好的光催化稳定性。捕获实验和ESR表明,在光催化降解过程中,·O2-起主要作用,h+次之。WSe2/Bi VO4的优异光催化性能归因于WSe2与Bi VO4之间内部电场的形成,促进了光生载流子的迁移。运用简单的溶剂热法制得p-n-p型WSe2/In2S3/Zn In2S4(WIZ)异质结复合光催化剂。在可见光下以MB、四环素(TC)、环丙沙星(CIP)、2-氯苯酚(2-CP)作为降解污染物,来检测WIZ复合材料的光催化性能。其中,0.5:8:1.5 WSe2/In2S3/Zn In2S4在降解广谱污染物方面表现出最佳的光催化性能,对MB、TC、CIP和2-CP的去除率分别达到97%、52.5%、50.5%和82.1%。本文研究表明,所制备出的三种基于WSe2p-n异质结复合光催化材料,因其内部电场的构建,能够有效的促进光生载流子的分离,抑制电子-空穴对的复合,从而显著提高复合材料的光催化性能。其中,具有p-n-p异质结的WSe2/In2S3/Zn In2S4光催化性能最佳。
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