BiOBr基光催化材料的制备与性能研究

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BiOBr(溴氧化铋)是一种新型可见光响应的半导体光催化材料,因其适中的禁带宽度、开放式层状结构、较高的氧化能力和间接跃迁模式而备受人们关注。如何提高BiOBr的光催化活性,成为现阶段亟需解决的问题。将BiOBr与其他半导体材料复合形成异质结构,能够有效降低BiOBr光生电子-空穴对的复合的几率,从而改善BiOBr的光催化性能。本文选用氯氧化铋(BiOCl)、氧化锌(ZnO)、钒酸铋(BiVO4)和还原氧化石墨烯(RGO)分别与BiOBr复合并对其光催化性能进行研究。光催化降解实验结果表明:复合后的BiOBr基光催化剂的光反应速率和反应程度在一定程度上均高于纯相BiOBr。具体内容如下:1、BiOCl/BiOBr复合材料的制备与光催化性能研究:以柠檬酸为络合剂,采取水热法制备了花球状BiOCl/BiOBr复合材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)和光致发光光谱(PL)等手段对样品的组成与形貌及光吸收性能进行了表征;并以亚甲基蓝(MB)为目标降解物在模拟太阳光下研究了BiOCl/BiOBr的光催化活性。花球状BiOCl/BiOBr复合材料比纯相卤氧化铋材料表现出更高的光催化活性,其中BiOCl0.1Br0.9经60 min光反应后对MB的降解率达80%。2、BiOBr/ZnO复合材料的制备与光催化性能研究:以六水硝酸锌为锌源,在碱性条件下制备出ZnO的前驱物,在无表面活性剂,水热条件下制备出BiOBr/ZnO复合物。通过XRD、SEM、TEM、DRS和PL等手段对产物进行了表征。结果显示出BiOBr和ZnO制备出的p-n异质结有效地减少了光生电子与空穴的复合概率。其中BZ-3(Bi原子与Zn原子的摩尔比为3:1)表现出最好的催化性能。自由基捕获实验结果显示·OH、h+和·O2-等活性粒子参与反应,促进光催化反应。3、BiOBr/BiVO4复合材料的制备与光催化性能研究:以硝酸铋、溴化钾和钒酸铵为原料,利用水热法制备了BiOBr/BiVO4催化剂。XRD、SEM和EDS表征表明BiOBr成功与BiVO4复合。通过亚甲基蓝(MB)的降解评估BiOBr/BiVO4的光催化性能。0.5BiOBr:0.5BiVO4复合材料显示出比纯BiVO4和BiOBr更高的吸附能力,光催化活性最佳。基于这两种半导体的相对带位置提出了可能的光催化机理:复合形成的p-n型异质结促使光生电子与空穴的分离,内建电场也会促进光生载流子的转移。4、BiOBr/RGO复合材料的制备与光催化性能研究:在CTAB辅助水热条件下,将氧化石墨烯(GO)与BiOBr复合成功制备出不同比例的BiOBr/RGO。通过XRD、SEM、FT-IR、DRS、PL等手段表征了催化剂的结构、形貌、元素组成和光学性质等。以亚甲基蓝为模型探究了可见光下BiOBr/RGO的光催化剂活性,对反应机理进行了探讨:石墨烯的沉积显著改变材料的吸光能力,且BiOBr的光生电子易被石墨烯捕获,从而促进了光生电子—空穴对的分离,提高了光催化反应效率。
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