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超薄卤氧化铋光催化剂的制备及其光催化杀菌性能研究

金晓丽  
【摘要】:光子吸收效率和载流子分离效率是半导体光催化剂面临的二大核心问题。众多光催化剂改性方面的研究也都是围绕着这二点进行的。例如:掺杂、染料敏化、表面等离子体共振效应是为了提高光催化剂的光子吸收效率;共催化剂的使用是为了提高载流子分离效率;碳材料修饰、复合光催化剂构筑可同时提高光催化剂的光子吸收效率和载流子分离效率。然而这些方法大多需要借助其他化学试剂对光催化剂进行二次修饰。将二维晶体厚度超薄化可以同时提高其自身缺陷浓度和内电场强度,从而提高光催化剂自身的光子吸收效率和载流子分离效率,是提高催化剂的光催化性能的重要手段,可以从根本上解决光催化材料活化性能不高的局面,拓宽光催化的应用领域。本论文旨在探索超薄纳米结构Bi OX光催化剂的合成方法,低能耗地筛选和制备出具有应用前景的、稳定的、高效的可见光光催化剂。本论文系统介绍了半导体光催化的基本内涵,光催化作用原理,并综述了光催化剂及卤氧化铋光催化剂的研究现状。在此基础上,详细地研究了超薄卤氧化铋Bi24O31Cl10、BU-BiOCl和FL-BiOI的制备方法,通过模拟(001)面的晶面间距,电荷密度等高线,材料的总态密度和分波态密度等的理论研究,结合XRD、SEM、TEM、XPS、DRS、PL等的表征测试手段对反应机理、所合成卤氧化铋材料的结构和光催化性能进行了深入的研究和探讨。本论文从三个方面研究了超薄卤氧化铋光催化剂的应用性能,一是光催化分解水产氢,二是光催化还原CO2制备太阳能燃料,三是光催化活化分子氧光催化杀菌性能。其中光催化杀菌性能是以大肠杆菌为研究对象进行的。通过观察不同条件下大肠杆菌的生长情况来确定催化剂的抑菌、杀菌效果。理论计算和实验结果都表明,合成的BU-BiOCl和FL-Bi OI具有扩大的晶面间距和氧缺陷,使光子吸收效率和载流子分离效率得以提高。因此合成的BU-BiOCl具有更高的可见光光催化产氢性能,FL-BiOI具有可见光和近红外光下更高的光催化还原CO2制备太阳能燃料的性能。Bi24O31Cl10具有大的径厚比,可以有效活化分子氧。另外,光催化杀菌实验表明这三种材料都可以有效杀灭大肠杆菌。


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