钨酸铋催化剂的改性及可见光催化性能

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Bi2WO6因其具有独特的[Bi2O2]2+层状结构受到越来越多的关注,是Aurivillius家族中最具代表性的氧化物。但铋系半导体光催化剂光生载流子分离和迁移速率较低,其光催化活性被抑制。基于此,本文利用金属离子镍掺杂、纳米ZnO复合以及对ZnO/Bi2WO6材料赋磁的方法对Bi2WO6进行改性,以提高其光催化性能。通过一步水热法成功制备了不同摩尔比的Ni2+掺杂Bi2WO6半导体催化材料。测试结果表明,随着Ni2+掺杂量的增加,Ni 2+/Bi2WO6催化剂活性出现先升高后降低趋势,摩尔比n(Ni):n(Bi)=0.25%的样品其催化活性最高,在可见光照射下反应,催化剂对Rh B溶液的降解率提高了30%。同时循环5次后,其光催性能不会有显著下降。改性后的催化剂在光催化反应中,超氧自由基(·O2-)为主要的活性物种。物相表征显示,Ni离子不会改变Bi2WO6的晶体结构,但会使Bi2WO6晶格膨胀;Ni2+掺杂Bi2WO6光催化材料,会在晶体中充当电子捕获中心,同时,光电性能测试显示,改性后催化剂的瞬时光电流密度为单相的3倍,促进了光生载流子的分离,从而使Bi2WO6表现出优异的光催化性能。通过沉淀-溶剂热法制备了不同负载量的ZnO/Bi2WO6光催化剂,并对其进行了系列表征,结果如下:ZnO复合后的催化剂,相较于纯相Bi2WO6,其形貌略微发生改变。当ZnO与Bi2WO6的摩尔比为20%时,其催化性能最好。在可见光下,对Rh B进行催化降解,ZnO/Bi2WO6较单一Bi2WO6降解率提高了35%。光电性能测试结果表明,复合催化剂的光电流密度为纯相的8倍左右,极大的提高了光催化性能。为了使复合催化剂能够回收循环利用。本文还对ZnO/Bi2WO6复合物进行了赋磁,制得复合纳米ZnO/Bi2WO6磁性催化剂。这种N-P-N异质结结构有利于抑制光生电子与空穴对的复合,从而提高复合催化剂的光催化活性。同时对复合物进行了磁学性能测试,结果显示,三相磁性材料具有较大的矫顽力。在进行了五次循环稳定性测试后,复合催化剂依旧能保持较优异的光催化性能和磁学性能。
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