Cd2Sb2O6.8基可见光催化剂的制备及其对罗丹明B的降解性能研究

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随着工业的发展,各种染料已经被广泛应用于生活中的方方面面。这些有机污染物用传统处理方法很难完全降解。光催化技术在常温常压条件下可以完全、高效的降解有机废水中的染料等有机污染物。因此,半导体光催化技术在环境净化和污染控制等方面具有良好的应用前景。传统光催化剂由于其自身的限制,存在巨大的缺陷,比如:量子产率较低、光能利用率不高、极易失活等,在一定程度上限制了其在光催化领域的实际应用。因此,对可见光光催化剂的技术研究与开发具有十分重要的意义。Cd2Sb2O6.8是一种典型的三元半导体材料,其禁带宽度较大(约3.5 eV),光响应范围较窄,仅有紫外光活性。有研究报道纯Cd2Sb2O6.8纳米粒子在紫外光照射下,对苯蒸气和染料有降解效果。研究结果表明,在紫外光照射下,纯Cd2Sb2O6.8纳米颗粒可将150毫升(2×10-5mol/L)罗丹明B(RhB)在60分钟内分解,但RhB矿化率很低。显然,其降解能力不够好,需要进一步改进。在众多的半导体光催化剂中,BiOI和CdS凭借自身适宜的禁带宽度和特殊的层状结构,显示出了优异的光催化性能。因此本研究将Cd2Sb2O6.8分别与BiOI和CdS进行了复合,并通过扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等仪器,对所制备的光催化剂的物相、表面结构、形貌等进行了表征,通过紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、荧光光谱(PL和TA-PL)、紫外-可见分光光度计、光电流(PC)和交流阻抗(EIS)等技术对催化剂的光响应范围、染料的催化降解率、能带结构进行了详细考察。研究中得到的主要结论如下:1.首次运用溶剂热-化学浴的方法成功制备了BiOI/Cd2Sb2O6.8、CdS/Cd2Sb2O6.8两种可见光催化剂。通过SEM、TEM、HRTEM分析数据说明:在复合催化剂BiOI/Cd2Sb2O6.8中,Cd2Sb2O6.8纳米粒子已均匀负载在片状BiOI表面,径粒均一,为5-10 nm;在复合催化剂CdS/Cd2Sb2O6.8中,Cd2Sb2O6.8纳米粒子已经均匀的与CdS颗粒紧密接触,且径粒均一。通过分析所制备的催化剂的DRS表征数据可知两种复合催化剂对光的吸收范围已经拓展到可见光区域。2.复合催化剂BiOI/Cd2Sb2O6.8中BiOI的掺入量对复合催化剂晶型比例及活性均有重要影响。当掺入量为10 wt%时,复合催化剂光催化活性最高。3.复合催化剂CdS/Cd2Sb2O6.8中CdS的掺入量对复合催化剂晶型比例及活性同样存在重要影响。当复合催化剂中CdS的掺入量为10 wt%时,CdS/Cd2Sb2O6.8样品的光催化活性最高。4.分别考察了BiOI/Cd2Sb2O6.8、CdS/Cd2Sb2O6.8在可见光照射下对RhB的催化降解性能(RhB浓度:10 mg/L)。结果表明:两种复合可见光催化剂对RhB降解效率相比于纯Cd2Sb2O6.8、纯BiOI和纯CdS,均有显著的增强。其中BiOI/CSO-10可见光催化剂在有可见光照射的条件下能够在180 min内将RhB降解完全,其催化效率为100%;CdS/CSO-10可见光催化剂在有可见光照射的条件下能够在210分钟时对RhB的降解效率高达99%。5.结合半导体的能带理论,以及本研究中对所合成催化剂做的PC和EIS测试等表征结果,结合捕获剂实验结果,综合进行分析,初步揭示了在光催化反应中载流子的转移途径,并解释了本研究中所合成催化剂光催化降解RhB的本质原因,提出了其可能降解机理。
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