硫化物/BiOBr杂化材料的制备及其光催化性能研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lqtanj
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光催化技术被认为是解决能源危机和环境污染两大议题的有效途径。作为一种新型的光催化材料,BiOBr半导体带隙(2.7 eV)适中,能够吸收部分可见光,其特殊的层状结构可有效提升电子/空穴对的分离效率。然而,纯相BiOBr材料与最适合的带隙值(1.5 eV)仍有差距,且电子/空穴对的复合速率较高,这极大地限制了BiOBr材料的光催化应用。在本论文中,提出采用硫化物(SnIn4S8,NiS和ZnIn2S4)作为助催化剂,通过两步水热法构筑硫化物/BiOBr异质结,利用能带结构重排改善BiOBr光谱吸收,利用导电性好的硫化物改善BiOBr材料载流子传输性能,利用异质结结构改善电子/空穴对的分离效率,最终获得高光催化性能BiOBr材料。具体研究内容如下:(1)SnIn4S8/BiOBr杂化材料的制备及其光催化性能的研究。本章采用两步水热法成功制备SnIn4S8/BiOBr杂化材料,详细研究SnIn4S8对BiOBr物相结构、形貌结构、光谱响应、界面阻抗、光致发光、瞬态光电流和光催化性能的影响。结果显示:添加SnIn4S8显著改善了BiOBr光催化性能,且添加量为0.20 at.%的样品催化性能最好,在40 min内RhB降解率达到了99.84%,而纯相BiOBr降解率仅有72.04%,最优的光催化活性提高到了5.35倍,主要原因是电子/空穴对分离效率的提升及电子传输速率的增加。(2)NiS/BiOBr杂化材料的制备及光催化性能的研究。本章采用两步水热法合成了NiS/BiOBr杂化材料,详细研究NiS对BiOBr形貌结构、物相结构、光谱响应、界面阻抗、光致发光谱、瞬态光电流和光催化性能的影响。结果表明:NiS复合显著提升了BiOBr光催化活性,其中添加0.20 at.%时具有最高的光催化性能,在50 min之内RhB降解率达到了99.5%,而纯相BiOBr催化剂在相同条件下的降解率仅有84.0%,最优的光催化活性是纯相BiOBr的2.5倍,这主要原因是电子/空穴对的复合速率受到抑制。(3)ZnIn2S4/BiOBr杂化材料的制备及光催化性能的研究。本章采用两步水热法合成了ZnIn2S4/BiOBr杂化材料,详细研究ZnIn2S4对BiOBr形貌结构、物相结构、光谱吸收和光催化性能的影响。结果显示:ZnIn2S4显著提升了BiOBr光催化活性,其中ZIS/BOB-0.20样品光催化效果最好,在60 min内RhB降解率达到了98.21%,而纯相BiOBr催化剂在相同条件下降解率仅为69.12%,ZIS/BOB-0.20光催化活性是纯相BiOBr的4.75倍。
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