铋系光催化剂的制备及对抗生素降解性能研究

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铋系催化剂,例如Bi2O3,BiOX(X=Cl,Br,I),Bi2WO6,BiTaO4等作为一类新型光催化剂,由于自身所具有的的片状结构和优异的光催化性能受到了广泛关注,尤其在光催化降解有机污染物方面效果突出,在光催化领域有着广阔的应用前景。但是在光催化过程中,对可见光差的响应能力,弱的光生载流子迁移能力以及快速的电子空穴复合速率等,限制了该类催化剂的实际应用。近年来,通过负载贵金属、形成复合催化剂、调控形貌等多种方法提升光催化剂的催化性能,并且效果显著。因此,本文利用片状结构的钨酸铋与超薄g-C3N4以及氮元素掺杂的钛酸锶形成复合催化剂提升电子-空穴对的分离速率从而提高催化剂的光催化性能;通过利用纳米片状结构钼酸铋与容易发生光腐蚀的磷酸银催化剂进行复合,有效的抑制了光腐蚀现象的持续发生,明显提高光催化剂的稳定性。本文的研究内容主要可以总结为以下几个方面:  1.采用两步溶剂热法设计合成n-n型异质结复合光催化剂Bi2WO6/N-SrTiO3。N-SrTiO3具有较强的还原性能,可以很容易的去除水体环境中的重金属离子Cr6+,同时Bi2WO6拥有较强的氧化性能,可以对盐酸四环素展现出优异的降解性能。我们对复合污染物(Cr6+和盐酸四环素)进行同时降解可以发现复合催化剂的催化活性得到提升,污染物在可见光下完全移除。Bi2WO6和N-SrTiO3匹配的带结构很好的抑制了电子-空穴对的复合,同时通过n-n型异质结保持了各组分强的氧化还原性能。这种双极光氧化和光还原半导体材料在治理水体环境中有毒残留药物和重金属离子发挥着重要的作用。  2.通过简单的沉积沉淀法和水热法,成功制备了可见光响应的p-n异质结Ag3PO4/Bi2MoO6复合光催化剂,薄层Bi2MoO6附着在菱形十二面体Ag3PO4的表面。通过在可见光下对罗丹明B,金霉素和盐酸四环素进行降解从而对催化活性进行研究。通过对捕获实验、ESR图谱、XPS图谱、光电流响应、电化学阻抗图谱等进行分析,我们对降解机制进行了研究。单质Ag在催化过程中逐渐产生并最终保持稳定,它作为电荷转移的桥梁加速了电荷传递的速率并且改变了电荷传递机制。在Ag作为媒介的p-n异质结体系中,光氧化活性物种由最初的?OH和h+,经过一系列循环实验,增加了?O2-发挥作用。本章内容为抑制光腐蚀行为的发生,提高催化剂的催化活性和稳定性提供了一个新的设计方法。  3.利用煅烧和水热法设计制备了2D-2D结构超薄g-C3N4复合的Bi2WO6纳米片复合光催化剂。这种结构为电子-空穴对的快速分离提供了大的接触面积,从而形成了更大范围的内建电场。通过在可见光下对盐酸四环素进行降解,复合光催化剂表现出优异的催化活性,结合捕获实验以及电子自旋共振图谱分析,对存在的光催化机理进行了研究。通过构建存在紧密面间接触的2D-2D异质结构,为设计高活性光催化剂治理环境污染提供了新的发展前景。
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