论文部分内容阅读
半导体催化剂技术在环境保护及能源节约方面有着广泛的应用前景,光催化剂的制备和性质研究受到了广泛关注,并且成为新型材料科学研究的热点方向之一。从最开始只能在红外光区激发的二氧化钛光催化剂,发展到现在在可见光区激发的银类和铋类光催化剂,人们在光催化领域的研究越来越深入。目前,光催化剂在太阳能电池、有机污染物的降解、光催化产氢领域有着广泛的应用前景。而材料的光催化性能往往与材料自身的成分、尺寸和形貌等因素有关,多数单体催化剂由于禁带较宽、比表面积小、光生电子和空穴容易发生重组等问题,从而导致其光催化活性较低,无法投入到实际的生产应用中。卤氧化铋化合物光催化剂因其具有片层结构易堆积,能够提供足够大的极化空间、适合的禁带宽度,具有较高的比表面积和气孔率,从而具有良好的光催化活性。但是卤氧化铋催化剂的光激发电子-空穴寿命较短,容易快速发生重组,因此难以达到实际的应用目的。氧化银是一种窄带隙的光催化材料,但是单一的氧化银光催化剂对可见光的利用率较低,且易发生光腐蚀产生单质Ag。碳酸氧铋的光催化活性主要和微观形貌有关,碳酸氧铋的形态各异,包括零维结构、一维结构、二维结构、三维结构,但是未改性的碳酸氧铋的禁带宽度较宽,对可见光的利用率较低。因此,研究通过简单而且环境友好的合成方法制备高效的光催化剂材料具有非常重要的现实意义。基于以上内容,本文通过两步反应法制备出BiOCl/Ag2O/Bi2O2CO3三元光催化剂,结果表明其具有比较高的光催化活性,对光催化剂的实际应用有很重要的意义。论文的主要成果如下:(1)以氯氧化铋为反应物,经过两步反应法制备出BiOCl/Ag2O/Bi2O2CO3三元光催化剂。通过与单体氯氧化铋、氧化银和碳酸氧铋进行成分、形貌等方面的对比,确定了三元复合物由纳米片状的氯氧化铋、纳米球状的氧化银和纳米棒状的碳酸氧铋组成。最后通过紫外-可见分光光度计对产物进行了光催化活性测定和重复性实验,结果表明BiOCl/Ag2O/Bi2O2CO3三元复合产物起到了催化降解有机污染物的作用,并且在可见光下具有比较高的光催化活性,而且经过三次重复性实验后,样品仍然具有较高的催化活性,作为一种优良的光催化剂将来在有机污染物降解领域有着广阔的应用前景。(2)通过调节反应物中氢氧化钠和碳酸钠的摩尔比例,分别以3:1、4:1和5:1的摩尔比例制备出不同的样品,经过对各组样品XRD和SEM表征,分析了各个样品的成分和形貌后,结果表明三个样品都由氯氧化铋、碳酸氧铋和氧化银组成,但各成分的含量不同,并且经过光催化降解甲基橙溶液实验后,发现随着样品中碳酸氧铋和氯氧化铋摩尔比的升高,样品光催化活性先上升后下降,得出在制备样品时,当氢氧化钠和碳酸钠的摩尔比例为4:1时光催化效果最好。(3)最后,通过调节反应物中氯氧化铋和硝酸银的摩尔比例,以2:2、2:3和3:2的摩尔比例制备出三组样品,经过XRD和SEM表征后,发现各组样品的成分和形貌相同,均由氯氧化铋、碳酸氧铋和氧化银组成,无其他杂质生成,但样品中Bi原子与Ag原子的摩尔比不同。光催化实验后,结果表明随着样品中Bi原子与Ag原子摩尔比值的升高,样品的光催化活性先升后降。经实验研究发现当氯氧化铋和硝酸银摩尔比2:2时,制备的三元样品的光催化活性最高。