BiOCl/BiOI复合半导体的水热合成及其光催化性能研究

论文摘要

BiOX（Cl、Br、I）光催化剂因其具有独特的电子结构和能带结构，在光催化降解有机染料方面表现出优于其它类型半导体的催化降解性能。但单独的BiOX（Cl、Br、I）在降解有机染料时活性较低，同时不同的BiOX（Cl、Br、I）在降解相同有机染料时活性也不同。因此，本论文采用水热法或者水浴法合成了BiOI/Bi5O7I、BiOCl/BiOI和BiOI/BiOBr复合半导体光催化剂，并利用XRD、BET、UV-Vis、SEM、TEM、PL等手段对所合成的样品的相结构、比表面积、能带结构、表面形貌以及光催化降解有机染料性能进行了研究。以Bi（NO3）3，KI和氨水为起始原料，通过一步水热法合成了BiOI/Bi5O7I催化剂。XRD分析结果表明，但pH=7时，所合成的样品为BiOI纯相，但当pH=9时，出现了Bi5O7I的衍射峰，当pH=11时，已经生成了大部分的Bi5O7I。因此可以通过控制pH来生成两种物质的复合催化剂。其次，通过控制Bi：I的比例可以控制BiOI和Bi5O7I在混合物中的含量。光催化测试结果表明，生成物中含有两种物质的催化剂比单一的催化剂降解活性要高。以Bi（NO3）3，KI，和NaCl为起始原料，采用两步水热法制备了BiOCl/BiOI复合半导体光催化剂。第一步水热先合成单体BiOI，第二步水热合成复合半导体光催化剂BiOCl/BiOI。XRD结果表明，水热法制备的催化剂样品即含有BiOI的衍射峰也含有BiOCl的衍射峰，即两相共存。BiOCl/BiOI复合半导体SEM结果显示，水热法合成的BiOI为圆片状结构，分散性较好，而合成的BiOCl单体为花球状结构。BiOCl/BiOI复合半导体催化剂为片状和花球状的混合形貌。最后，还系统的研究了水热条件下所制备的不同复合半导体的光催化活性。结果表明20%BiOCl/BiOI在降解甲基橙（MO）时活性最好，而70%BiOCl/BiOI在降解罗丹明B（RhB）时活性最好，由于两种催化剂降解染料性能不同，根据一系列实验提出了相同体系具有不同的光催化降解机理。以Bi（NO3）3，KI，和NaBr为起始原料，采用一步水浴法制备了BiOI/BiOBr复合半导体光催化剂。BiOI/BiOBr复合半导体的SEM照片结果显示，水浴法合成的样品为不规则的弯曲花片状结构，而相同条件下合成的单体BiOI和BiOBr为不同的片状结构。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 前言
• 1.1 我国水资源简介
• 1.1.1 我国水资源概况
• 1.1.2 染料废水的处理方法
• 1.2 半导体简介
• 1.2.1 半导体的基本属性
• 1.2.2 光催化反应机理
• 1.2.3 半导体光催化剂的研究现状
• 1.3 BiOX（Cl, Br, I）光催化剂
• 1.3.1 水热法简介
• 1.3.2 光催化剂活性的影响因素
• 1.4 光催化剂性能改善途径
• 1.4.1 非金属元素的掺杂
• 1.4.2 光敏化
• 1.4.3 半导体复合
• 1.5 本研究工作的主要内容和意义
• 第2章 化学试剂和表征仪器
• 2.1 所需试剂和所需仪器
• 2.1.1 所用化学试剂
• 2.1.2 所需仪器
• 2.2 实验方法
• 2.3 样品性能的表征方法
• 2.3.1 X 射线衍射测试（XRD）
• 2.3.2 紫外-可见漫反射光谱分析（UV-Vis）
• 2.3.3 扫描电子显微镜-能量色散光谱（SEM-EDS）
• 2.3.4 透射电子显微镜（TEM）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）
• 2.3.5 比表面积分析（BET）
• 2.3.6 光催化剂降解有机物性能测试
• 第3章 BiOI 的水热合成及光催化降解性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 BiOI 的制备
• 3.3 物相组成及结构分析
• 3.3.1 XRD 分析
• 3.3.2 样品的能带结构分析
• 3.3.3 样品的比表面积分析
• 3.3.4 样品的形貌与粒径大小分析
• 5O₇I 的光催化降解性能测试'>3.4 BiOI/Bi₅O₇I 的光催化降解性能测试
• 5O₇I 的光催化降解活性'>3.4.1 BiOI/Bi₅O₇I 的光催化降解活性
• 5O₇I 光催剂的重复使用性考察'>3.4.2 BiOI/Bi₅O₇I 光催剂的重复使用性考察
• 3.4.3 催化剂活性提高的机理研究
• 3.5 本章小结
• 第4章 BiOCl/BiOI 的水热合成及光催化活性研究
• 4.1 引言
• 4.2 BiOCl/BiOI 复合半导体的制备
• 4.3 对所合成样品的表征
• 4.3.1 XRD 分析
• 4.3.2 形貌分析
• 4.3.3 BiOCl/BiOI 的能带结构分析
• 4.3.4 样品的比表面积分析
• 4.4 复合半导体BiOCl/BiOI 的光催化降解有机染料性能测试
• 4.5 本章小结
• 第5章 BiOI/BiOBr 的水浴合成及降解性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 BiOI/BiOBr 的水浴合成
• 5.3 BiOI/BiOBr 复合半导体分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• （一）攻读学位期间发表的学术论文
• （二）申请及已获得的专利
• 致谢