Sillen型铋系化合物改性BiVO4复合光催化材料的制备及其性能研究

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光催化技术的应用在解决能源问题及环境污染问题方面具有广阔的前景。钒酸铋(BiVO4)由于其合适的带隙、成本低、合成简单、光稳定性高、环境友好等特点,有望被应用于光催化分解水、光还原二氧化碳和光降解有机污染物等领域。但是,BiVO4中的光生电子和空穴极易复合、光生载流子传输速率较慢,限制了其量子效率的提高。因此,对BiVO4进行复合改性,从而提高其光催化性能,具有重要意义。Sillen铋系化合物具有独特的层状结构,可迅速转移光生载流子。本文采用两种Sillen型铋系化合物(BiOBr、BiOCOOH)对BiVO4进行复合改性,主要内容如下:1、采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)辅助多元醇共沉淀法制备得到具有较高光催化活性的BiVO4/BiOBr复合物。制备所得样品的光催化性能通过在500 W氙灯的照射下复合物光催化降解罗丹明B(RhB)来评价。当V/Br比为1:1时,可获得具有最高光催化活性的样品,90 min可降解94.4%的RhB,其表观速率常数可达0.02998 min-1,分别是纯相BiVO4和BiOBr的54.5倍和2.9倍。电化学及荧光分析表明,BiVO4和BiOBr的复合可有效提高光生载流子的转移并抑制空穴-电子对的复合。自由基捕获实验结果表明,空穴(h+)和超氧自由基(·O2-)是光催化降解过程的主要活性物种。n型半导体BiVO4和p型半导体BiOBr复合形成p-n异质结,产生的内建电场有效地加速了载流子的转移。此外,BiVO4/BiOBr复合光催化剂在进行7次循环降解RhB后,还具有较好的结构稳定性及光催化性能稳定性。2、在多元醇法制备BiVO4的基础上,采用溶剂热法制备BiVO4/BiOCOOH复合光催化剂。以500 W氙灯照射下RhB的光催化降解来评价制备所得样品的光催化性能。结果表明,当BiOCOOH和BiVO4的理论摩尔比为1:0.5时,样品的光催化活性最强,100 min内可降解76.2%的RhB,其表观速率常数为1.028×10-5 min-1,分别是纯态BiOCOOH的3.6倍和BiVO4的188倍。荧光分析表明,BiVO4和BiOCOOH的复合可有效降低荧光强度,抑制空穴-电子对的复合。光催化活性的提高可归因于BiVO4和BiOCOOH复合加速了光生电子-空穴对的分离和转移。在RhB光催化降解过程中,h+和·O2-是主要的作用的活性物种。此外,制得的BiVO4/BiOCOOH复合光催化剂具有相对稳定的光催化性能和结构稳定性。
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