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光催化技术作为新型环境净化方式,具有设备简单、成本低、无需二次处理的优点,在有机污染物处理方面备受关注。然而,如何获得高效、安全、稳定的催化材料是光催化技术推广应用的关键问题。MoO3是一种拥有较高活性的催化剂,较窄的带隙(2.85-3.2 eV)使其拥有较高的可见光吸收效率,具有广阔的环境治理应用前景。MoO3的光生载流子迁移速率较慢,较低的量子产率是限制其光催化应用的主要因素。MoO3与其它半导体复合是改善其光催化活性的重要手段。目前普遍认为构建半导体异质结结构可有效降低催化剂光生电子-空穴复合速率,降低材料能带间隙,从而提升其光催化活性。本研究将MoO3分别与TiO2纳米管及AgBr复合,合成具有高太阳光催化活性的MoO3/TiO2纳米管及AgBr/MoO3复合光催化材料。研究中分别以两类典型有机污染物,即多环芳烃(芘)和抗生素(甲氧苄啶)为模型污染物,考察β-MoO3/TiO2纳米管及AgBr/h-MoO3复合材料在太阳光下对水体有机污染物的光催化性能,探究了两种MoO3复合材料中光生电子-空穴的分离机理、催化性能提升的机制和有机污染物的降解机理。本课题的主要研究内容及结论如下:1)本研究将热分解法制备的β-MoO3与水热法制备的TiO2纳米管复合,得到具有高太阳光催化活性的β-MoO3/TiO2纳米管异质结催化剂。研究中以芘为模型多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs),探究了 β-MoO3/TiO2 纳米管在太阳光下催化降解PAHs的效果及效率提升的机制。结果表明,β-MoO3和TiO2纳米管间形成的p-n异质结结构,降低了材料的能带间隙而获得更高的可见光利用效率,并有效促进了电子和空穴的分离,从而提高了复合材料的光催化活性。1%β-MoO3/TiO2纳米管催化降解芘速率(k)较β-MoO3和TiO2(锐钛矿)分别提升了 5.3倍和1.5倍。催化体系中产生的·OH和光生空穴在芘的降解中起主要作用。最后,通过LC-MS鉴定出6种芘催化降解的中间产物,并对芘可能的降解路径进行了推断。2)以甲氧苄啶为模型有机污染物探究了 AgBr/h-MoO3复合材料在太阳光下催化降解抗生素的效果及机制。本研究通过水热法制备了六方相h-MoO3,并利用简单的沉淀法在室温下将AgBr负载到h-MoO3表面,从而得到具有高太阳光及可见光催化活性的AgBr/h-MoO3复合材料。XPS等表征结果显示,AgBr纳米颗粒与h-MoO3界面形成Z型异质结构,成功构建了 AgBr/h-MoO3复合光催化体系。UV-vis DRS图谱显示,复合材料的光响应区域可以通过h-MoO3和AgBr的复合而扩大,吸收边缘波长可延伸至475 nm。通过光电流和电化学阻抗测定,AgBr负载到h-MoO3表面有助于加速h-MoO3和AgBr之间界面处的光生载流子转移,从而有助于提高光催化剂的稳定性。AgBr与h-MoO3掺杂的摩尔比为1:2时,复合材料可在模拟太阳光下于20 min实现97%的甲氧苄啶降解率,并在30 min内实现完全去除(30 min降解率为h-MoO3的7.7倍)。此外,研究显示该材料具有优异的可见光催化活性,在可见光下30 min内甲氧苄啶降解率高达95%(30 min降解率为h-MoO3的5.9倍)。自由基淬灭实验显示,O2·--是甲氧苄啶催化降解的主要活性物种,其次是1O2、空穴及光生电子,而·OH的作用并不显著。利用LC-MS鉴定出6种甲氧苄啶降解中间产物,参考甲氧苄啶的三种转化路径:羟基化、脱甲基化、分裂,对甲氧苄啶催化降解的路径进行了推导。机理分析表明,在AgBr和h-MoO3之间形成的Z型异质结可有效促进光生载流子的电荷转移,降低光生载流子复合效率,从而在太阳光及可见光照射下均具有较高的甲氧苄啶催化降解活性。