论文部分内容阅读
Bi2Wo6作为一种窄带隙半导体,其禁带宽度为2.7eV,表现出优异的可见光催化性能。然而,由于Bi2Wo6分子量较大,通常获得的Bi2Wo6晶粒尺寸较大而导致光生电荷载流子的复合几率较高,因而实际中Bi2Wo6的光催化活性并不高。为了获得高活性的Bi2Wo6光催化剂,本论文采用水热法对Bi2Wo6进行不同非金属元素I、S、N和C的掺杂改性,通过XRD、SEM、TEM、红外光谱、Raman、XPS及DRS等分析表征手段对改性Bi2Wo6的晶相结构、显微结构、光学性质及掺杂元素的化学态进行研究,并探讨了不同改性方式对光催化性能的影响。由于I原子半径较大,很难置换晶格氧而发生置换掺杂。本论文通过对样品中I元素化学态的研究,提出了I2和I-对Bi2Wo6晶体的表面共掺杂机理。光吸收性质和RhB的光催化降解结果表明:表面掺杂物I2和I-不仅增加了可见光响应能力,而且还可以有效提高光生电子和空穴的分离效率,最终导致可见光催化活性提高。与I元素相比,S原子半径相对小一些,但仍比氧原子半径大很多,因而只有一小部分S掺杂进入Bi2Wo6晶格,另一部分则形成了Bi2S3晶相。Bi2S3是一种窄带隙半导体,可以对Bi2Wo6起到光敏化作用而导致带隙的窄化。S掺杂和Bi2S3/Bi2Wo6异质结的协同作用导致可见光响应和光催化活性提高。不同于I掺杂和S掺杂,由于N原子半径与O原子半径接近,容易置换晶格氧而形成置换掺杂。研究采用尿素为氮源对Bi2Wo6进行N掺杂,显著提高了Bi2Wo6的可见光催化活性。将TiO2包覆在N掺杂Bi2Wo6的颗粒表面形成TiO2/N-BWO异质结,样品的紫外光和可见光催化活性均显著提高。N掺杂可以窄化带隙,而TiO2/N-BWO异质结可有效抑制光生电荷载流子的复合。C原子半径与O原子半径接近,但稍大于N原子半径,也可有效实现晶格氧的置换掺杂。研究中采用石墨烯作为碳源对Bi2Wo6进行掺杂改性,不仅形成了石墨烯/Bi2Wo6异质结,而且实现了Bi2Wo6的C掺杂。该方法克服了N掺杂过程中N源易挥发的缺点,实现了C元素的有效置换掺杂。C掺杂可以有效窄化带隙,提高可见光响应能力;石墨烯/Bi2Wo6异质结可以有效提高光生电子的迁移速度。