掺杂和异质结构筑对碳酸氧铋光催化活性的影响及机制

作者
梁蕾;
摘要
近年来,半导体光催化剂在环境污染物净化和太阳能转换方面的应用得到了人们极大的关注。作为新型半导体光催化剂(BiO)_2CO_3,因其特殊的层状结构和优良的光催化性能,使其成为具有应用潜力的对象之一。但是由于(BiO)_2CO_3较宽的带隙能只能利用紫外光,这极大地限制了其对太阳能的应用。因此,本论文旨在通过离子掺杂和异质结构筑等手段,设计具有可见光响应的高活性(BiO)_2CO_3光催化剂,并通过系统的表征手段研究其光催化性能增强机制。主要研究内容及其结论如下:(1)通过简单的化学沉淀法成功合成了新型的I-(BiO)_2CO_3光催化剂,并利用XRD、SEM、EDS、DRS、XPS和SPV等表征手段对样品性能进行了系统分析。在可见光(λ>400 nm)照射下,评价了I-(BiO)_2CO_3光催化剂对罗丹明B和二氯苯酚的光催化降解性能。结果表明,I-(BiO)_2CO_3光催化剂的催化活性得到明显提高,这是由于在(BiO)_2CO_3的价带顶形成了I-离子杂质能级,使其带隙能减小,拓宽了I-(BiO)_2CO_3样品的可见光吸收范围,进而增强其光催化活性。(2)以上述的I-(BiO)_2CO_3为载体,通过酸刻蚀法制备了新型的Bi OI/I-(BiO)_2CO_3异质结光催化剂。在可见光(λ>400 nm)照射下,研究了Bi OI/I-(BiO)_2CO_3对甲基橙和苯酚的光催化降解性能。结果表明,Bi OI/I-(BiO)_2CO_3的催化活性均高于(BiO)_2CO_3、I-(BiO)_2CO_3、Bi OI以及Bi OI/(BiO)_2CO_3。Bi OI/I-(BiO)_2CO_3光催化活性增强主要是由于I-离子的掺杂使(BiO)_2CO_3的带隙能减小,增强了其可见光吸收能力,同时,Bi OI/I-(BiO)_2CO_3异质结界面改善了光生电荷的分离效率。(3)采用光还原法合成了新颖Z机制的Ag I/Ag/I-(BiO)_2CO_3光催化剂。在可见光照射下(λ>400 nm),以罗丹明B为污染物模型考察了Ag I/Ag/I-(BiO)_2CO_3的可见光催化活性。结果表明,Ag I/Ag/I-(BiO)_2CO_3表现出比(BiO)_2CO_3、I-(BiO)_2CO_3、Ag I/Ag/(BiO)_2CO_3和Ag I/Ag更高的光催化活性,所对应的准一级速率常数为0.63 h-1。Ag I/Ag/I-(BiO)_2CO_3光催化活性的提高主要归因于新颖的Z机制载流子分离机制。
关键词/主题词
碳酸氧铋;离子掺杂;异质结;光催化活性;光催化机制
页数
85
出版日期
2017-05-01
学位授予单位
淮北师范大学
学位年度
2017
学位
硕士
导师
曹静
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