不同价态Pt改性BiOCl光催化剂的制备及性能研究

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半导体光催化技术能够转化利用太阳能来解决能源危机和环境污染等问题,利用半导体光催化技术的关键在于研究开发高效稳定的半导体材料。BiOCl作为一种新型的半导体材料,其特有的开放式层状结构、间接带隙特征不仅有利于光生电子-空穴的分离和转移,同时也赋予了其良好的光学特性与电子特性,使其具有更加优良的催化活性和稳定性。但是,如何进一步改善BiOCl的光催化活性,扩大其应用价值是目前太阳能光催化研究的关键问题。在光催化领域,贵金属Pt的研究受到科研工作者的广泛关注。所有贵金属中Pt具有最大的功函值(ca.5.65 eV)和更加突出的电子捕获能力,因此Pt在催化领域被视为一种很好的助催化剂。而铂元素不同的价态和形态在催化过程中可能充当着不同的角色。因此我们对Pt不同价态和形态对BiOCl光催化剂的影响进行了研究。本论文以BiOCl光催化材料为基础,通过调控制备条件和载体的表面性质,成功使得铂元素以不同的价态和形态存在于BiOCl的表面。利用XRD、SEM、TEM、XPS、UV-Vis DRS、PL等技术对制备的样品进行了表征分析。通过模拟太阳光下MO的降解实验评价了样品的光催化活性,并探讨了铂元素不同价态对BiOCl的光催化性能影响及其光催化反应机理。论文的主要研究内容如下:(1)采用简单的浸渍-光还原法,制备了一系列的Pt/BiOCl和PtO/BiOCl光催化剂,XPS表征证明了铂元素分别于以Pt和PtO的形式存在于Pt/BiOCl和PtO/Bi OCl光催化剂中。通过模拟太阳光下MO的降解实验评价了Pt/BiOCl和Pt O/BiOCl光催化活性。实验结果表明:相比于BiOCl光催化剂,Pt/Bi OCl和Pt O/BiOCl光催化活性均得到不同程度的提高。Pt元素以PtO形式存在时即PtO/BiOCl催化剂展现出了更好的光催化活性,其中0.8%PtO/BiOCl的光催化活性最好。主要原因是PtO与BiOCl形成了异质结增强了Pt O/Bi OCl对光的利用率,促进了光生电子和空穴的有效分离,以及更小更均匀的Pt O纳米颗粒活性位点的增多共同提高了0.8%PtO/BiOCl的光催化活性。(2)本章以表面含有铋空位的BiOCl为载体,在弱碱性条件下(pH=8)用简单的浸渍-光还原法成功使PtO负载到了BiOCl的表面即PtO/Pt-BiOCl,通过调控浸渍液pH=12使得部分Pt4+掺杂到了BiOCl表面的铋空位位置,成功制备出了PtO/Pt4+-Bi OCl。实验结果表明:PtO/Pt4+-BiOCl对MO的降解速率常数为0.154 min-1,是BiOCl对MO的降解速率常数(0.0179 min-1)的8.6倍,是PtO/Pt-Bi OCl对MO的降解速率常数(0.0380 min-1)的4倍。PtO/Pt4+-BiOCl催化活性的提高主要归因于PtO的沉积和Pt4+掺杂的协同作用。
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