新型鉍系可見光催化劑的制備及其環(huán)境催化性能研究.pdf

1、光催化技術(shù)能夠直接利用太陽能，近幾十年在降解水中污染物的方面取得了很大的研究進展，并且在殺菌、光解水產(chǎn)氫以及染料敏化太陽能電池等方向都具有很好的應(yīng)用前景。以TiO2為代表的光催化劑能在紫外光照射下將水中難降解、高毒性的污染物礦化為CO2和H2O，但由于入射到地面的太陽光中只有不到5％的紫外光，可見光約占50％。因此，開發(fā)能在可見光下工作的催化劑一直是國內(nèi)外研究的熱點。Bi2O3作為一種新型可見光催化劑，由于制備簡單，帶隙容易調(diào)整而引起研

2、究者的關(guān)注。然而，純Bi2O3的光催化活性仍然較低。為了滿足未來環(huán)境應(yīng)用的需要，更好地利用太陽能，開發(fā)新型、高效鉍基光催化劑十分必要。
　　本文采用紫外還原法制備了Bi@BiOI-Bi2O3粉體光催化劑。首先構(gòu)造了BiOI-Bi2O3異質(zhì)結(jié)，進一步在還原氣氛和紫外光照下制備了具有Bi表面等離子體共振(SPR)效應(yīng)的Bi@BiOI-Bi2O3，并對催化劑的表面結(jié)構(gòu)、微觀形貌、光吸收、電化學性質(zhì)等進行了詳細的表征。結(jié)果表明，與BiOI

3、-Bi2O3相比，Bi@BiOI-Bi2O3表現(xiàn)出許多的優(yōu)點:(1)光電流明顯提升、帶隙減小、電子傳輸阻抗降低，電子和空穴分離效率提升;(2)可見光催化降解苯酚的效果明顯提升，反應(yīng)3.5h，苯酚去除率從60％提升到100％。進一步，考察了Bi@BiOI-Bi2O3最佳的制備和應(yīng)用條件，結(jié)果顯示當制備條件中紫外還原時間為3h時，制備的Bi@BiOI-Bi2O3活性最高，其在酸性條件下具有最佳的苯酚去除效果，且在可見光照射下經(jīng)過4次循環(huán)使用

4、，催化劑依然保持了良好的活性。機理研究表明，Bi@BiOI-Bi2O3光催化降解苯酚過程中，空穴(h+)起主要作用，羥基自由基(·OH)、超氧自由基(O2·-)起輔助作用。
　　進一步，結(jié)合簡單的浸漬法，用相似的紫外還原方法，在制備BiOI-Bi2O3異質(zhì)結(jié)薄膜的基礎(chǔ)上，制備了Bi@BiOI-Bi2O3薄膜，用于光電催化。結(jié)果表明:(1)BiOI-Bi2O3很好地復(fù)合在一起;(2)紫外還原反應(yīng)后Bi單質(zhì)顆粒主要在BiOI薄片上生成

5、，催化薄膜的顏色隨光照時間的不同而產(chǎn)生了顯著的改變，35min為最佳的紫外還原時間;(3)Bi@BiOI-Bi2O3對可見光的吸收顯著增加。以Cr(Ⅵ)-苯酚廢水為研究對象，制備的Bi@BiOI-Bi2O3薄膜為陽極，鈦片為陰極，外加電壓2.5V考察了催化劑的可見光電催化性能，發(fā)現(xiàn)其對Cr(Ⅵ)和苯酚協(xié)同消減有很好的效果，其速率分別為Bi2O3薄膜的3.2倍（苯酚）和16.8倍(Cr(Ⅵ))。
　　最后，結(jié)合超聲剝離法，在起始的B

6、i(NO3)3·5H2O溶液中加入了C3N4的剝離液，制備了含薄片C3N4的Bi@BiOI-Bi2O3/C3N4薄膜，采用相似手段進行表征和對比。結(jié)果表明:(1)C3N4的加入使得Bi@BiOI-Bi2O3光催化薄膜的可見光響應(yīng)提升了很3.3倍(0.35V vs.Ag/AgCl);(2)最佳的超聲剝離時間為6h;(3)Bi@BiOI-Bi2O3/C3N4薄膜對Cr(Ⅵ)和苯酚同步消減有更好的效果，速率約為Bi@BiOI-Bi2O3薄膜的