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《华中科技大学》 2012年
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铋基纳米结构的可控合成及其光催化性能研究

崔占奎  
【摘要】:随着生活水平的改善,人们的环保意识日益增强,半导体光催化技术是一种新型环境污染治理方法,光催化反应以紫外光或可见光作为能量驱动源,其最终产物为CO2和H2O,该技术绿色环保,具有极大的应用前景。铋基纳米结构是一类新型高效的光催化材料,本文对该系列化合物中的BiOCl和Bi_2WO_6材料的溶剂热法可控合成及其光催化性能做了系统性的研究。 采用非模板低温溶剂热法合成了BiOCl介孔纳米结构,采用尿素作为晶体生长控制剂来调节样品的显微结构,随着尿素浓度的增加,BiOCl的显微结构可以从无孔结构过渡到介孔纳米结构,介孔样品显示出了更高的光催化性能。采用浸渍法对BiOCl介孔纳米结构进行Pt贵金属修饰,结果显示Pt以纳米颗粒的形式分散在BiOCl纳米片的表面,修饰后样品的光催化活性得到改善,且改变了样品光催化降解甲苯气体的反应路径,抑制了二次污染物甲醛的产生。当采用热处理对样品进行氧空位缺陷控制时,发现热处理同样具有增强样品光催化性能、抑制甲醛生成的作用,并认为这与热处理引起的氧空位缺陷增加有关。 对BiOCl介孔纳米结构的生长机制所进行的研究表明,构成纳米结构的纳米片单元生长遵守Orientated-Attachment机制。当在合成BiOCl样品的溶剂热体系中引入W元素时,发现在Bi-W-Cl-O溶剂热体系中,随着反应的进行,BiOCl相先生成,而后逐渐向Bi_2WO_6相演化,随着BiOCl相逐步溶解,溶液中析出的离子重新按照Orientated-Attachment机制形成Bi_2WO_6纳米结构。分析结果表明,在乙二醇构成的溶剂热体系中,铋基光催化材料纳米结构倾向于按照Oriented-Attachment机制进行生长。 通过控制Bi-W-Cl-O溶剂热体系的反应过程,可以得到量子点修饰的Bi_2WO_6纳米结构,样品在可见光辐照下能够高效的光催化降解罗丹明B染料。类似的,当采用尿素作为Bi_2WO_6显微结构控制剂时,发现随着尿素量的增加,产物由BiOCl相过渡到Bi_2WO_6相,且纳米结构的外形由微球结构演化为纳米墙结构。当对Bi_2WO_6样品进行热处理时,发现热处理温度为400oC时,量子点开始消失,且会引起样品光催化性能的明显降低。本文还依据所进行的Bi-W-Cl-O溶剂热体系的反应动力学分析结果,尝试合成了Bi_2WO_6/BiOCl复合光催化材料,测试发现这种具有异质结性质的样品具有更好的光催化活性。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TB383.1

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