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《昌吉学院》 2019年
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BiOI基光催化材料的制备及其光催化性能研究

盖立涛  
【摘要】:光催化技术是近些年发展起来的一门技术,在环境治理方面有着非常广阔的应用前景,拥有高光催化降解活性的半导体光催化材料一直是人们探究的热点话题,铋基半导体光催化剂拥有适合的禁带宽度和特别的层状结构等一系列特点,因此是人们经常研究的光催化材料之一,尤其是卤氧化铋具有特殊的层状结构和较高的化学稳定性,但是铋基光催化剂也有很多缺陷,比如带隙比较宽,对可见光的利用率较低、电子空穴的复合率高、比表面积小,对污染物的吸附性能差等一系列缺点,所以需要在铋基光催化剂的基础上进行进一步的改性才能满足实际的生活应用。本论文主要是针对BiOI基半导体光催化剂进行改性研究,主要开研究工作包括以下三个方面:一是成功制备出BiOI/BiOIO_3异质结光催化剂,提高了电子-空穴对的分离效率和对污染物的吸附效率,从而提升了BiOIO_3的光催化性能;二是通过研磨法在常温条件下可控备出不同形貌的卤氧化铋BiOX(X=I,Cl,Br)光催化剂并研究了其光催化性能;三是通过负载不同含量的Ag来提升BiOI的光催化性能。(1)在常温下首先通过化学沉积法制备BiOI/BiOIO_3混合半导体光催化剂,实验主要是通过调控BiOI的含量合成出不同摩尔比的混合光催化剂,随着混合光催化剂中BiOI含量的提高,与纯BiOIO_3相比发现,晶体的衍射峰和形貌并未发生变化,但是样品的颜色逐渐加深,禁带宽度逐渐减小,通过形成混合光催化剂,有效的改变了BiOIO_3的带隙结构,缩小了禁带宽度,扩展了BiOIO_3的光吸收范围,摩尔比为1:1的混合光催化剂与纯BiOIO_3相比,在可见光下降解罗丹明B的效率提高了4.5倍;进一步将室温条件下合成的摩尔比为1:1的混合光催化剂进行水热反应,水热反应以后BiOIO_3与BiOI成功的复合在一起,与室温下合成的混合光催化剂相比,水热条件下合成的复合光催化剂具有更宽的光吸收范围,光催化降解效率也得到了进一步的提升。BiOI/BiOIO_3异质结光催化剂可以吸收更多的可见光并且可以有效的促进光生载流子的分离,对污染物的吸附效率也得到了明显的提升,这是其光催化性能提高的主要原因。(2)通过研磨法在室温条件下控制合成了不同形貌的卤氧化铋,在反应物中加入PEG400可以合成出球状的卤氧化铋,在不加PEG400的情况下合成出片状形貌的卤氧化铋,球状光催化剂的比表面积明显大于片状光催化剂的比表面积,最终导致球状光催化剂的吸附性能和光催化性能都高于片状光催化剂,较大的比表面积是球状形貌卤氧化铋光催化剂获得高光催化活性和高吸附活性的主要原因。(3)通过水热法制备BiOI光催化剂,并且进一步通过调节反应溶剂的pH值,制备出一系列BiOI光催化剂样品,当反应溶剂的pH值为3,7,9,11时所制备出的样品为纯BiOI光催化剂,当pH值为9时所制备的BiOI光催化活性最高,在可见光下照射160分钟后降解罗丹明B的效率高达85.4%;为了进一步提升BiOI的光催化性能,将pH为9的BiOI光催化剂作为反应前驱体,通过光致还原法分别制备出质量分数为0.6%和2.8%的Ag负载光催化剂Ag/BiOI,Ag的质量含量为0.6%时合成的是Ag/BiOI光催化剂,当Ag的质量含量提升为2.8%时所合成的是Ag/AgI/BiOI光催化剂;在可见光下对罗丹明B的降解数据表明,在前30分钟暗反应过程中BiOI的吸附效率最高,随着Ag含量的提高对罗丹明B的吸附效率变差,用可见光照射120分钟以后,BiOI、0.6%Ag-BiOI、2.8%Ag-BiOI对罗丹明B的降解率分别为81%、94%和86%,Ag修饰BiOI以后的光催化活性要高于纯BiOI的催化活性,Ag含量为0.6%时的光催化活性最高,当Ag含量过高,达到2.8%时,过多的Ag聚集在BiOI的表面,并且I离子不稳定,一部分的Ag和I反应生产AgI附着在BiOI的表面,影响了BiOI的表面反应,与低含量修饰的Ag相比最终使其光催化效率降低。
【学位授予单位】:昌吉学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:O643.36;O644.1

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