改善納米半導(dǎo)體光（電）催化性能的策略探索及機(jī)制研究.pdf

1、隨著全世界環(huán)境、能源問(wèn)題的日益凸顯，半導(dǎo)體光（電）催化技術(shù)在環(huán)境污染物降解、水分解、二氧化碳還原等重要領(lǐng)域均引起了極大的關(guān)注，并且表現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力，但是其性能往往不夠理想，難以滿足實(shí)用化需要。普遍認(rèn)為光生載流子分離是影響半導(dǎo)體光（電）催化性能的關(guān)鍵，因此探索簡(jiǎn)單有效的半導(dǎo)體光催化劑的改性策略，實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的電子或空穴調(diào)控，進(jìn)而促進(jìn)其光生載流子分離，并揭示其機(jī)制具有十分重要的理論和實(shí)踐意義。
　　本論文工作以幾種具有代表性的無(wú)

2、機(jī)半導(dǎo)體光催化材料(CuO、Bi2WO6、BiOBr和BiOCl)為主要研究對(duì)象。針對(duì)其導(dǎo)帶底位置低導(dǎo)致的光生電子還原能力差、光生載流子易復(fù)合的問(wèn)題，探索并發(fā)展了寬帶隙半導(dǎo)體表面耦合的策略;針對(duì)光催化降解有機(jī)污染物過(guò)程中催化劑表面氧吸附能力差的問(wèn)題，發(fā)展了表面磷酸修飾策略;針對(duì)光電催化分解水過(guò)程中，光生空穴氧化水析氧反應(yīng)慢的問(wèn)題，探索出了石墨烯-磷酸共調(diào)控策略。本論文利用以上策略實(shí)現(xiàn)了對(duì)光生電子、空穴的調(diào)控，有效促進(jìn)了光生載流子分離，改

3、善了半導(dǎo)體材料光（電）催化性能，并深入揭示了電荷分離機(jī)制及活性提高機(jī)制。論文工作主要圍繞以下幾方面內(nèi)容開(kāi)展:
　　(1)探究了TiO2復(fù)合對(duì)CuO納米片光電催化還原水性能的影響。首先利用水熱法合成了CuO納米片，再通過(guò)簡(jiǎn)單的濕化學(xué)法構(gòu)筑了不同比例的TiO2/CuO納米復(fù)合體。結(jié)果表明，適量TiO2的引入有效改善了CuO光電催化還原水性能。這主要?dú)w因于TiO2作為平臺(tái)可以接收CuO在可見(jiàn)光激發(fā)下產(chǎn)生的高能級(jí)電子，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)光生電子的

4、有效調(diào)控，進(jìn)而促進(jìn)了CuO光生電荷的分離。
　　(2)探究了SnO2復(fù)合對(duì)納米Bi2WO6光催化降解2，4-二氯苯酚活性的影響。首先采用水熱法合成了納米Bi2WO6。再通過(guò)濕化學(xué)法構(gòu)筑了不同比例的SnO2/Bi2WO6納米復(fù)合體。結(jié)果表明，適量SnO2的引入大幅改善了Bi2WO6光催化降解2，4-二氯苯酚的性能。這主要?dú)w因于SnO2可以有效接收來(lái)自Bi2WO6的光生高能級(jí)電子，進(jìn)而顯著改善其光生電荷分離。此外，SnO2復(fù)合也大幅提

5、高了Fe2O3可見(jiàn)光催化還原CO2的性能，并且進(jìn)一步證明了SnO2相比于TiO2是更為理想的高能級(jí)電子接收平臺(tái)。
　　(3)探究了磷酸修飾對(duì)BiOBr表面氧吸附及光催化氧化性能的影響。利用不同濃度的磷酸對(duì)(001)晶面為主的單晶BiOBr進(jìn)行了表面修飾。結(jié)果表明，適量的磷酸修飾可有效改善BiOBr光催化降解液相、氣相有機(jī)污染物的性能。這主要?dú)w因于磷酸修飾提高了BiOBr表面對(duì)氧氣的吸附能力，進(jìn)而促進(jìn)光生電子被氧氣捕獲，改善了光生電

6、荷分離。
　　(4)探究了還原氧化石墨烯(RGO)和磷酸共改性對(duì)BiOCl光電催化氧化性能的影響。首先制備了BiOCl納米片，再通過(guò)水熱法制備了不同比例的RGO/BiOCl復(fù)合體，最后利用不同濃度的磷酸對(duì)RGO/BiOCl復(fù)合體薄膜進(jìn)行修飾。結(jié)果表明，適量RGO的復(fù)合可以大幅改善BiOCl的光電催化氧化（析氧、降解甲基橙）性能，而適量磷酸的修飾可進(jìn)一步提高復(fù)合體的性能以及穩(wěn)定性。這主要?dú)w因于RGO可以促進(jìn)電子的分離及傳輸，而磷酸修