助催化剂修饰Bi2WO6纳米片的合成及其光催化性能研究

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Bi2WO6半导体光催化材料具有优异的化学稳定性和较窄的禁带宽度,广泛应用于可见光光催化氧化和产氢等领域。但纯Bi2WO6具有光生载流子易复合、量子效率低以及催化活性低等缺陷。本论文以Bi2WO6纳米片为基础,通过与氮掺杂碳量子点(N-CQDs)和Ti3C2(Mxene)这两种助催化剂构建助催化体系的方式,来抑制光生载流子的复合,以提高其光催化性能。主要内容包括:通过一步水热法制备了N-CQDs/Bi2WO6复合光催化材料,并研究了其可见光下催化降解罗丹明B(RhB)的性能。针对材料的物相、形貌、光催化性能以及光催化机理进行一系列表征。研究表明,Bi2WO6呈现纳米片形貌,N-CQDs以纳米量子点的形貌分布在表面上。其在可见光下催化降解Rh B上展现了良好的催化性能。N-CQDs/Bi2WO6复合体系光催化性能的提高归因于N-CQDs优良的电子迁移能力和其对可见光响应范围的拓宽。预示着N-CQDs/Bi2WO6纳米复合半导体光催化剂在降解有机污染方面有较好的应用前景。通过静电吸附合成了MXene/Bi2WO6复合光催化材料。通过模拟可见光下光催化氧化可挥发有机物(VOCs)来评价其光催化性能。结果证明:MXene的引入显著增强了MXene/Bi2WO6的光催化性能。此外,MXene的负载量对MXene/Bi2WO6的催化活性有极大影响,且当MXene的负载量为4%时,MXene/Bi2WO6表现为最强的光催化性能。氧化丙酮和甲醛产生CO2的速率分别高达0.0728 mmolg-1h-1和0.0853 mmolg-1h-1;分别是纯Bi2WO6的2和6.6倍。机理研究结果表明:MXene/Bi2WO6光催化性能的提升原因归结于MXene和Bi2WO6的耦合而不是光吸收的增强。由于MXene自身具有类似于石墨烯超强的电子迁移能力,光激发的产生的光生电子可以通过耦合界面快速注入MXene中,有效的分离了光生载流子。同时,MXene和Bi2WO6耦合界面电子的相互作用致使助催化体系中Bi2WO6的价带向更正的方向迁移,形成了具有更强氧化能力的光生h+。光生载流子的有效分离和紧密的耦合界面以及更强的氧化电势成为提升光催化性能的关键因素。此工作为提升半导体光催化剂催化性能提供了新思路。
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