纳米BiOI材料及其复合物的形貌调控及光降解性能研究

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本论文采用了低温沉淀法合成了纳米BiOI材料及其复合物。通过x射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子扫描显微镜(TEM)、紫外-可见-近红外分光光度计(DRS)、荧光光谱(PL)和N2吸附对其样品的组成、微观结构和光学性能进行表征。通过光降解有机物来检测其应用性能。研究了不同反应条件对生成物的微观结构、光学性能及催化能力的影响。本论文主要对合成功能材料的生长机理和光降解的影响因素进行解释和讨论。研究内容如下:1.第二章节,我们通过液相沉淀法,合成了片状、空心、实心花状结构BiOI。通过对反应物浓度、混合溶剂比例、辅助剂的调节探究对合成BiOI的影响,在不同反应时间段取样测其微观结构和相组成,来系统讨论3D纳米微结构的晶体形成机理。通过N2吸附-脱附曲线得到BiOI的三种形貌:片状、实心花状和空心花状,其比表面积分别为:10.8m2g-1,38.8m2g-1,和45.2m2g-1。通过紫外-可见分光光度计检测其不同形貌的光学性能,并计算其能隙(片状、实心花状和空心花状分别为:1.63eV,1.68eV,和1.72eV)。对不同形貌BiOI的光致发射光谱强度进行比对,发现实心花状BiOI具有最低的光生载流子的复合率。最后,空心/实心花状BiOI的吸附-催化能力通过降解罗丹明B进行检测。研究表明实心花状结构BiOI因其较高有机物吸附能力(经过暗室的吸附-脱附平衡后,近80%罗丹明B被吸附)。它是通过将有机物吸附到催化材料表面以达到更好的光催化降解性能。此结构有望成为高效的吸附-催化有机物材料的首选者。2.第三章节,一种典型结构BiOBr-BiOI复合物通过调控反应速率及阴离子交换速率简单易行的方法获得。通过XRD, FESEM,TEM和XPS等分析仪器证明了成功合成此复合物——BiOI纳米微球长着BiOBr微片。通过N2吸附-脱附曲线得知:两种不同形貌BiOBr-BiOl复合物、BiOBr和BiOI的比表面积依次为:28.34m2g-1,24.57m2g-1,20.20m2g-1and18.72m2g-1。通过漫反射吸收曲线可以计算出各样品的能隙值分别为2.04eV,1.96eV,2.83eV和1.67eV。通过光致发射光谱得知,典型结构BiOBr-BiOl复合物具有最低的光生载流子的复合率。此外,通过对混合溶剂比例、反应进行时间和柠檬酸量的调控,提出了可能的微观结构生长机理。最后,各样品的光催化性能通过降解多种有机物染料验证(包括:罗丹明B,甲基橙和苯酚)。实验数据表明了此典型结构BiOBr-BiOl复合物比起BiOBr-BiOl纳米微球、纯BiOBr和纯BiOl拥有更高的催化性能。本论文主要通过调控各种合成条件来生成不同形貌的样品,并对其进行物相表征及性能分析。对纳米功能材料的制备与应用提供一些启发性依据。
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