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BixOyXz(X=Cl,Br,I)是一类新型的具有独特的石墨烯层状结构的卤氧化铋,铋氧层((Bi2O2)2+)和溴离子层(Br)之间能形成内建电场,使化合物产生的光生电子和空穴能得到有效的分离,从而BixOyXz展现出优异的光催化去除污染物的能力。在BixOyBrz化合物中,如BiOBr,Bi304Br和Bi24O3iBr10,由于它们具有合适的能带结构,因此显示出独特的光学性质。与BiOBr(带隙值是2.85 eV)相比,Bi405Br2具有窄带隙(2.4 eV)和更负的导带位置(-0.4 eV)引起研究者广泛的关注。纯Bi405Br2纳米片状材料仍然存在量子效率低的缺点,从而影响光催化剂降解污染物的能力。基于Bi4O5Br2纳米片构造2D/2D异质结能够提高电子空穴的分离效率,抑制电子空穴对的复合及增强表面的氧化能力,以提高其光催化剂降解污染物的能力。因此,本论文以2D超薄Bi405Br2纳米片为基础材料,构造2D/2D Z型异质结纳米光催化剂。通过一系列的表征手段来分析异质结的物相,形貌,组成和光学性质等,并将氮氧化物(NOx)作为目标气体污染物进行降解以此来表征光催化剂的活性。本论文的研究工作如下:(1)采用一步水热法合成2D/2D Bi2O2C03/Bi405Br2(BOC/BOB)直接Z型异质结光催化剂。原子力显微镜(AFM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)测试结果表明,BOC和BOB的超薄纳米片成功地耦合形成异质结构。通过对BOC含量的优化,发现30%复合样品在模拟太阳光照射下具有良好的光催化去除NOx活性(53.2%),远高于单相BOC(20.4%)和BOB(37.9%)的活性。捕获实验和电子顺磁共振测试(ESR)结果表明,在光催化反应过程中,·O2-和·OH都是主要的活性物质。DFT计算结果表明,BOC中的光诱导电子与BOB中的空穴复合,所以在BOC和BOB超薄纳米片之间能形成了 Z型异质结。BOC/BOB纳米复合材料间形成Z型异质结能抑制光生电荷的复合,从而提高电荷分离效率。(2)利用高暴露锐钛矿TiO2的(110)面(TNS)与Bi4O5Br2(020)(BOB)面来构建异质结构,形成2D/2D TiO2/Bi405Br2(TNS/BOB)直接Z型异质结光催化剂。扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)和X射线能谱分析(EDS Mapping)测试结果显示,合成出来的TNS的尺寸大小为100 nm,并覆盖在BOB纳米片上,表明成功的耦合形成2D/2D异质结结构。合成出的TNS光催化去除NOx活性比P25的活性强,说明合成的TNS具有较高的暴露面,并且发现15%TNS负载的TNS/BOB复合材料在模拟太阳光下具有良好的光催化活性(54.4%)。通过原位红外吸收光谱和ESR测试表明复合异质结中·O2-和OH分别表现出强的还原性和氧化性,两纳米片表面之间形成了 Z型异质结。理论计算的结果也表明,TNS中的光诱导电子与BOB中的空穴结合,这与实验结果相一致。2D/2D异质结的形成,有效的抑制了 TNS/BOB结构中的电子和空穴对的复合,进而提高光催化活性。(3)通过水热法制备了 2D/2D Ti3C2/Bi4O5Br2(TC/BOB)异质结光催化剂。通过一系列的测试手段对异质结的物相,形貌和光学性能等进行分析。TEM和EDS Mapping结果表明BOB覆盖在TC纳米片上,形成了 2D/2D异质结。TC/BOB复合样品中,TC作为电子受体,接收BOB上产生的光生电子,光生空穴保留在BOB上。在可见光(λ≥420 nm)照射条件下,用NOx作为污染源来评估所制备的TC/BOB光催化剂的光催化活性,TC纳米片基本不表现光催化活性。当TC的复合质量比为15%时,表现出良好的可见光光催化活性,对NO的去除率可达57.6%,同时该催化剂具有很好的稳定性与重复使用率。最后,对TC/BOB复合异质结光催化剂的光催化增强机理进行了分析。