论文部分内容阅读
自从发现TiO2可以在太阳光下分解水污染物质以来,光催化技术就成为环境处理的热点学科。传统的方法主要集中在对TiO2半导体的修饰改性上,但因为TiO2本身的禁带宽度较大,可见光响应范围集中在紫外区等原因导致光催化性能并不是很理想,所以研究新型可见光响应的光催化剂是非常必要的。本论文旨在利用简单水热法制备可见光响应并具有较大比表面积的β-Bi2O3新型光催化半导体,其形貌为多孔微球型结构并且禁带宽度较窄,对可见光有一定的响应范围。并在此基础上,对β-Bi2O3进行半导体复合和离子掺杂,分别制备出β-Bi203/Bi2O2CO3p-n结和Fe掺杂β-Bi2O3(Fe-Bi2O3)半导体。并通过分解有机染料研究它们的光催化性能和分析其光催化机制。本文主要内容是：1.采用水热法合成了多孔球型Bi2O2CO3前驱粉体,然后在375℃下煅烧得到可见光响应的多孔微球型结构β-Bi2O3。通过实验发现水热反应溶液的pH值会影响β-Bi2O3的结构形貌,最终选择反应溶液的pH为4.2。在模拟太阳光照射下,研究了四方相结构β-Bi2O3对Cr(Ⅵ)染料的光催化活性,发现样品中加入苯酚时β-Bi2O3半导体对Cr(Ⅵ)的催化活性明显增强。此外,还研究了四方相β-Bi2O3光催化降解甲基橙染料的光催化性能。2.通过在不同温度下煅烧得到复合型β-Bi2O3/Bi2O2CO3p-n纳米结构,采用XRD, TEM, BET, SEM, XPS和UV-vis等表征p-n结半导体复合结构,其形貌为多孔球型并具有较大的比表面积和较好的可见光响应范围。最后通过降解甲基橙溶液,在可见光照射下,S325样品可在24min之内对甲基橙溶液进行催化分解脱色,其主要原因是p-n纳米结构的形成有助于光生电子空穴对的分离,使更多的电子空穴对参与氧化还原反应,从而光催化性能得以提高。3.利用水热法和热处理简易制备出Fe-β-Bi2O3光催化半导体。XRD图谱说明经过375℃热处理前驱液Fe-Bi2O2CO3可以完全转化为Fe-Bi203oXPS图谱说明掺杂的Fe离子在β-Bi2O3中替代Bi离子而以正三价存在。对Bi203进行铁掺杂后,其可见光响应范围明显的产生红移。通过降解甲基橙溶液,4%Fe-Bi2O3表现出优异的光催化活性,在可见光照射下,在60min内可完全降解甲基橙染料。掺杂Fe提高β-Bi2O3光催化性能是因为Fe3+分别与电子空穴反应而被氧化还原为Fe4+和Fe2+, Fe4+和Fe2+可与O2和OH-反应生成·OH和·02-,其可作用于有机染料使之降解。所以Fe3+离子充当电子空穴对传输的中间媒介,抑制电子空穴对的复合,从而加强了光催化活性。