三维铋系光催化剂纳米结构的合成及其光催化性能的调控
随着现代工业的快速发展，越来越多的有机污染物进入水环境中，对人类的生存造成严重威胁。相对于传统的处理技术(如吸附法、生物法)，光催化氧化技术由于能够有效地去除水体中高稳定性和高毒性的有机污染物，已逐渐成为环境保护领域研究的热点。二氧化钛(TiO2)具有高效、无毒、稳定及廉价等优点，是光催化领域中应用最为广泛的一种半导体光催化剂，但由于其仅能被紫外光激发而制约了其对太阳光(紫外光仅占太阳光谱的4％)的有效利用，因此，致力于开发新型利用太阳光降解有机污染物的光催化剂具有重要的研究意义。本论文主要研究通过一步简单溶剂热/水热法合成易回收、太阳光响应的三维铋系光催化剂纳米结构，采用各种分析技术对其进行表征，并对其光催化性能进行调控，提高其利用太阳光去除水体中有机污染物的能力。
以五水硝酸铋和偏钒酸铵为原料，采用一步溶剂热法合成高产率、由纳米粒子组装而成的具孔三维花生形貌BiVO4纳米光催化剂，通过X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis/DRS)及氮吸附等手段对其成分、结构、尺寸、形貌、光学性质及表面孔结构进行表征，并探讨该三维BiVO4纳米结构的形成机理。在溶剂热合成条件下，乙二醇对三维花生形貌BiVO4纳米光催化剂的结构及形貌控制具有至关重要的作用。具孔三维BiVO4纳米光催化剂和H2O2的协同作用能很好地利用太阳光降解水体中的有机污染物罗丹明B，同时探讨了BiVO4/H2O2系统去除水体中罗丹明B的降解机理，研究结果表明羟基自由基和空穴共同氧化降解罗丹明B。此外，对具孔三维BiVO4纳米光催化剂的稳定性及其循环利用性也进行了研究。
模拟太阳光照射下，研究了银离子(Ag+)对三维BiVO4纳米光催化剂降解罗丹明B效果的影响。加入的Ag+能够有效的捕获BiVO4导带上的光生电子，从而抑制了光生电子和空穴的复合，提高其光催化降解罗丹明B的活性。理论和实验证实，Ag+/BiVO4系统光催化降解罗丹明B主要归结于价带空穴的直接氧化。通过采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)及X射线能谱(EDS)证实Ag+/BiVO4系统光催化降解反应后回收得到的三维BiVO4催化剂表面有金属银纳米颗粒的沉积。光催化降解实验显示沉积在三维BiVO4催化剂表面的银纳米颗粒又能提高其光催化降解罗丹明B的效果，因此，实验结果证实了加入的Ag+得到了双重的利用。
以五水硝酸铋和二水钨酸钠为原料，采用一步简单、经济水热法合成由纳米片组装而成的三维Bi2WO6微米球，产率高，通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis/DRS)及氮吸附等分析技术对其结构、形貌、尺寸、光学性质及表面孔结构进行表征。模拟太阳光照射下，三维Bi2WO6微米球具有优异的光催化降解罗丹明B的活性。此外，详细阐述了三维Bi2WO6微米球光催化降解罗丹明B的机理，证实光生空穴与超氧自由基共同氧化去除罗丹明B。同时实验表明三维Bi2WO6微米球在酸性及碱性条件下能够保持稳定，不易转变成其它物质，但在碱性条件下三维Bi2WO6微米球降解活性有所降低。在少量H2O2的协助下，三维Bi2WO6微米球去除高稳定性苯酚的能力大大提升，主要是由于在光照条件下Bi2WO6微米球导带上的电子与H2O2能够产生强氧化性的羟基自由基，从而导致苯酚的快速降解。
以十六烷基三甲基溴化铵为软模板，五水硝酸铋和二水钨酸钠为原料，采用一步水热法合成三维Bi2O3/Bi2WO6复合微米球，通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis/DRS)和氮吸附等分析手段对其进行表征。真实太阳光及模拟太阳光照射下，三维Bi2O3/Bi2WO6复合微米球光催化剂对罗丹明B具有很高的光催化降解活性，活性远高于单独的Bi2O3催化剂和Bi2WO6催化剂，这主要是由于两者复合时具有合适的能带位置，使电子-空穴对能够有效分离，提高了光利用率。
三维纳米结构;铋系纳米光催化剂;溶剂热;水热法;光催化降解;性能调控
南开大学
博士
环境科学
陈威
2012
中文
O643.36;TB383
120
2013-06-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）