铋基光催化剂的制备及其光催化活性的研究
随着工业的迅速发展和人口的日益增多，环境污染和关键能源的短缺已经成为制约人类社会发展的两大难题。近年来光催化技术的迅速发展，有望为这两大难题的攻克提供有效途径。其中，铋基光催化剂作为一种新型光催化材料因其独特的层状结构、高效的光催化活性、良好的稳定性、无毒和造价低廉等一系列优点而被人们持续关注，作为一种很有发展前景的光催化剂在太阳能转换和环境修复领域都有着极为广阔的发展空间。基于铋系光催化剂的特点，本文制备了三种Bi基光催化剂(IL-BiPO4，BiPO4/graphene/MoS2，TiO2-Bi2WO6)，并以罗丹明B的水溶液来模拟染料废水考察其光催化活性。利用XRD，SEM，TEM，BET，XPS，PL等技术对催化剂的结构性能进行表征，深入研究其光催化机理。本论文主要内容如下: (1)以[Bmim]PF6和硝酸铋Bi(NO3)3·5H2O为原料在160℃下通过微波水热法成功合成花球状BiPO4，在反应过程中离子液体同时用作磷源、表面修饰剂和模板剂。与反应过程中未加入离子液体的BiPO4光催化剂相比，离子液体修饰的BiPO4在紫外灯下降解罗丹明B的过程中表现出了更好的光催化活性。本文把离子液体修饰对光催化活性提高的原因和IL-BiPO4的光催化机理都进行了系统深入的研究。结果表明，离子液体的修饰可以捕获BiPO4导带中的光生电子，促进电子空穴的分离，进而使催化剂在降解有机物时的活性才得以显著提高。 (2)采用微波辅助水热法成功合成石墨烯和片状MoS2修饰的BiPO4纳米颗粒，并研究了石墨烯和MoS2不同负载量对样品光催化活性的影响，得出最佳配比。当石墨烯的负载量为7 wt％同时MoS2的量为2 wt％时，BiPO4/graphene/MoS2复合材料在300W高压汞灯下的光催化活性达到最大值，与纯的BiPO4相比活性有了明显的提高。这是因为，助催化剂的协同作用促进了电子的运输和转移。 (3)利用葡萄糖作为模板剂一步水热法合成TiO2-Bi2WO6异质结构微球，然后将样品在450℃煅烧以去除模板剂。TiO2-Bi2WO6异质结构有利于电子和空穴分离，因此TiO2-Bi2WO6异质结构在可见光下降解罗丹明B的实验过程中表现出了比纯的Bi2WO6和TiO2更优异的光催化性能。此外，利用活性物质捕获实验研究其光催化机理，结果表明，在光催化降解罗丹明B的过程中光生空穴是主要的活性物质。
染料废水;铋基光催化剂;离子液体;微波水热法;结构表征
河南师范大学
硕士
应用化学
刘玉民
2015
中文
X703.5;TQ426.6
71
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）