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《东北师范大学》 2016年
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卤氧化铋基复合纳米纤维的制备及其光催化性能研究

王可欣  
【摘要】:半导体光催化材料在能源可持续发展和环境保护方面具有广阔的应用前景。卤氧化铋BiOX(X=Cl,Br,I)纳米材料由于其独特的层状晶体结构和合适的能带位置是半导体光催化剂中一类“新星”材料。目前,这种纳米结构的卤氧化铋在实际应用中仍面临着以下问题:第一,光生电子空穴对复合几率较大,因此光量子产率较低;第二,粉体卤氧化铋在光催化反应过程中易团聚,大大降低自身的活性比表面积;第三,小尺寸的卤氧化铋光催化剂反应后,不易从液相体系中分离回收,容易造成二次污染。为了有效地解决以上问题,本文以卤氧化铋光催化材料为研究对象,利用网毡结构的电纺纳米纤维作为载体,通过设计合适的异质结来提高光生电子和空穴的分离,结合溶剂热反应、连续离子层吸附反应的软化学方法,最终获得了兼具高活性与良好使用性能的卤氧化铋基复合纳米纤维光催化材料。具体研究内容如下:(1)以电纺n型TiO_2纳米纤维为载体,利用溶剂热、连续离子层吸附反应制备了p-BiOX(X=Cl,Br,I)/n-TiO_2复合纳米纤维。研究表明,p-n异质结的形成可以有效地促进光生电子和空穴的分离。同时,主要暴露面为{001}活性晶面的BiOX片层也有利于光催化反应的进行。与纯BiOX粉体和TiO_2相比p-BiOX/n-TiO_2表现出优异的光催化活性。随着卤素原子序数的增大,p-Bi OBr/n-TiO_2比BiOCl/n-TiO_2表现出更好的紫外光催化活性,而p-BiOI/n-TiO_2具有优异的可见光催化活性。通过改变反应条件,实现了对p-BiOX(X=Cl,Br,I)/n-TiO_2复合纳米纤维形貌及光催化活性的调控。此外,复合材料的三维网毡结构特性使得p-BiOX(X=Cl,Br,I)/n-TiO_2复合纳米纤维可以很容易地通过静置沉降从反应体系中分离回收和循环使用。(2)以具有类金属导电特性的电纺碳纳米纤维(CNFs)为载体,通过连续离子层吸附反应构建了具有类金属半导体接触的BiOI/CNFs异质结复合纳米纤维材料。异质结中碳纳米纤维载体具有良好的导电性,这一特性使得BiOI的光生电子和空穴能够快速分离和转移,降低了光生电子和空穴的复合几率进而提高了BiOI的光催化活性。研究表明,BiOI/CNFs对甲基橙的降解表现出了良好的可见光催化活性。此外,由于BiOI/CNFs的三维网毡结构具有非常好的结构稳定性,多次循环使用后仍能保持较好的活性。(3)以兼具柔性和自支撑特性的电纺聚丙烯腈(PAN)纳米纤维为载体,通过连续离子层吸附反应构建了BiOI/PAN复合纳米纤维材料。片状的BiOI以壳层的结构包覆在PAN纳米纤维表面,实现了BiOI高度均一的固载化,解决了BiOI纳米粉体易团聚的问题。通过改变生长过程中的循环次数可以实现BiOI在复合纳米纤维上负载量的调控。光催化研究表明,BiOI/PAN纳米纤维复合材料对降解罗丹明B和甲基橙都表现出较好的活性。由于三维BiOI/PAN复合纳米纤维网毡具有柔性、结构稳定性以及宏观可控性,因此可以很容易的从反应体系中分离回收和重复使用。
【学位授予单位】:东北师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ340.1;O643.36

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