论文部分内容阅读
环境问题是21世纪人类面临的重大问题之一,开发无毒、成本低廉、可见光性能良好的光催化剂成为解决环境问题的首要任务,Bi基催化剂具有制备简便、光谱响应范围广、能带结构利于调控等优势被认为是一类非常有潜力的光催化剂,而静电纺丝技术作为一种大面积一维纳米材料制备技术由于其诸多优点而被广泛采用。本文采用静电纺丝技术为材料制备手段,着眼于Bi基光催化材料,研究金属离子掺杂、表面修饰、以及复合结构对光催化性能的影响。主要包括以下几项工作:(1)采用静电纺丝法制备了不同Fe浓度掺杂的Bi2Ti2O7(Fe-BTO)纳米纤维,采用SEM、TEM研究了Fe-BTO纳米纤维的表面形貌和内部结构;采用XRD、HRTEM研究了Fe-BTO纳米纤维的相结构,考察了Fe浓度对Fe-BTO相结构、光吸收等影响。结果表明,Fe离子的引入可以有效拓宽Bi2Ti2O7的光响应范围,还能形成电荷捕获中心,促进电荷分离。(2)采用静电纺丝法并结合不同的煅烧工艺制备出了Bi修饰的TiO2多孔纳米纤维;通过SEM、TEM考察了Bi@TiO2材料的形貌,并通过不同的Bi含量对形貌的影响提出了Bi@TiO2材料在制备过程中的形貌演化机理;光催化结果显示,Bi修饰后的TiO2光催化材料具有提高可见光和紫外光催化性能的作用,这是由于Bi金属的贵金属特性和半金属特征。在紫外光照射下Bi可以作为光生电子接收中心;而在可见光照射时,金属Bi和具有氧空位的TiO2之间可以相互协同,提高光催化性能。(3)利用静电纺丝法制备了Bi掺杂的CNFs,并利用水热合成法在Bi@CNFs表面生长BiOI,研究了Bi在CNFs内部的存在形式以及其对BiOI生长的影响;其次,通过可见光催化实验,瞬态光电流和交流阻抗等研究了Bi掺杂对光催化性能的影响,Bi的存在一方面加强了界面间的连接紧密程度,另一方面则促进了界面间电子传递过程,有效促进了催化剂的电荷分离,从而提高了光催化性能。