BiOI及其复合光催化剂的制备与光催化性能研究

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光催化技术可以将环境中的有毒污染物氧化还原为无毒物和使水分解制氢,其应用前景十分广阔。开发高效可见光光催化剂是催化材料研究中的重要方向之一。近年来,卤氧铋(BiOX)由于具有特殊的层状结构和合适的带隙能成为光催化材料研究领域的热点。其中,BiOI具有最小的带隙能,能够吸收最多的可见光,具有潜在的光催化应用价值。因此,开展BiOI的研究工作具有重要意义。本论文根据目前光催化剂的研究结果和现状,制备出了具有较高可见光活性的BiOI及其复合光催化剂。研究工作如下:  1.以Bi(NO3)3·5H2O、KI为原料采用简单的沉淀法制备出花状的BiOI。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)和比表面分析仪(BET)等分析测试手段对样品进行了表征。研究了陈化时间对花状BiOI的形成和光催化活性的影响,并对光催化反应机理进行了研究。结果表明:当陈化时间为1h片状结构紧密地相互交错形成花状结构,且花状结构的直径最小,样品的光催化活性随着陈化时间的延长,先上升后下降,陈化时间为1h时光催化活性最高。样品光催化活性的差异主要归结于BiOI的结晶度、比表面积、光吸收能力和形貌差异的综合影响。花状BiOI对MO的降解主要是通过空穴直接氧化途径进行。  2.通过沉淀-沉积法成功地制备了ZnO/BiOI异质结催化剂,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)和比表面分析仪(BET)等手段对样品进行了表征。研究了ZnO∶BiOI的质量比对ZnO/BiOI异质结光催化活性的影响,探讨了ZnO/BiOI异质结光催化活性提高的原因。结果表明,ZnO∶BiOI的最优质量比是2∶8,在可见光照射100min后,MO的降解率达到92%,分别是纯BiOI和纯ZnO光催化活性的4.2倍和8.3倍。ZnO/BiOI异质结光催化活性的提高主要是由于BiOI的光敏化作用与p-型BiOI和n-型ZnO之间形成的p-n异质结能够抑制光生电子-空穴对的复合。ZnO/BiOI异质结具有较好的光催化稳定性。  3.采用简单的沉淀-沉积法成功地制备了CaSn(OH)6/BiOI复合光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)和比表面分析仪(BET)等手段对样品进行了表征。研究了CaSn(OH)6的含量对复合物光催化活性的影响,探讨了CaSn(OH)6/BiOI复合催化剂光催化活性提高的原因。结果表明,10% CaSn(OH)6/BiOI复合光催化剂在可见光下表现出比纯CaSn(OH)6和BiOI更好的光催化活性。复合催化剂光催化活性的提高主要归因于CaSn(OH)6和BiOI之间的紧密接触使电荷转移更容易和光生电子-空穴对的分离更加有效。CaSn(OH)6/BiOI复合光催化剂具有较好的光催化稳定性。
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