助剂表面修饰协同增强Bi2MoO6基半导体材料的光催化活性

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近年来,半导体光催化技术因其具有经济、高效和绿色等优点而在环境修复、新清洁能源开发等领域的应用引起了学术界广泛关注。构筑具有宽光谱响应、高效载流子分离和表面化学反应的可见光催化剂依然是相关领域研究的热点。Bi2MoO6是一种简单的Aurivillius型半导体材料,由(Bi2O22+层和共角的钙钛矿型(MoO42-层交替堆积而成,禁带宽度约为2.3-2.8 eV,由于其具有优良的光催化活性、稳定且成本低等优点,已成为目前备受关注的半导体多功能材料。然而,Bi2MoO6基半导体催化材料依然存在可见光利用率低和光生电子和空穴对复合率较高的缺点。上述缺陷限制了Bi2MoO6基光催化剂的实际应用。本论文通过控制其结构和形貌的同时,通过多种策略对其进行表界面改性,借助等离子共振(SPR)效应、表面氧空位(SOVs)效应和界面电子转移(IFCT)效应等多策略协同调控Bi2MoO6基催化材料的性能,以提高其光生电子-空穴对的分离效率、拓宽对可见光的吸收范围,从而提高光催化剂的催化性能。本论文得出的主要结论如下:(1)通过醇热法合成三维球形Bi2MoO6(BMO),以硼氢化钠为还原剂采用化学还原法将金纳米粒子沉积在其表面,进而采用二次水热法合成全固态Z型CdS/Au/BMO光催化剂。以模拟污染物RhB的降解为探针反应,来评估所得光催化剂的光催化活性,优化CdS的最佳复合量。结合催化材料的系统表征和催化活性,阐明了Z-型CdS/Au/BMO优异的光催化性能主要归因于CdS和Au纳米粒子(NPs)的协同作用。在CdS/Au/BMO三元催化体系中,Au NPs作为固态电子媒介,为电子的传输和转移提供了一个通道,同时,其表面等离子体共振(SPR)效应拓宽了催化剂对可见光的响应范围、抑制了光生电子/空穴对(e-/h+)的复合。通过能带结构表征,确定了CdS/Au/BMO的带隙位置,进一步探讨了其活性增强机理。(2)采用简单的化学还原沉积和煅烧的方法成功制备了表面氧空位(SOVs)和Au NPs共修饰BMO光催化剂,探讨了Au的沉积量和SOVs对BMO复合材料光催化性能的影响。结果表明,SOVs和Au NPs共修饰可以大幅度提高光生载流子的分离效率,扩宽BMO的可见光响应范围,从而提高氧分子的活化效率,因此对偶氮染料(RhB,MO)和苯酚的降解表现出优异的光催化性能。(3)采用简单的化学还原沉积和煅烧法成功制备了碳量子点(CDs),Au NPs和SOVs表面共修饰BMO光催化剂。以苯酚为模拟污染物评估了光催化剂的光催化活性,优化出最佳复合量,进一步讨论了CDs,SOVs和Au NP对BMO活性的表界面协同调控机制。
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