铋基光催化异质结制备与光催化性能研究

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1、工学硕士学位论文铋族光催化剂的制备及光催化性能研究刘宇腾哈尔滨理工大学2018年3月国内图书分类号：O482.54工学硕士学位论文铋基光催化异质结制备与光催化性能研究硕士研究生：刘宇腾导师：单连伟申请学位级别：工学硕士学科、专业：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年3月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：O482.54DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringStudyonPreparationandPhoto

2、catalyticPropertiesofBismuthPhotocatalystHeterojunctionCandidate：LiuYutengSupervisor：ShanLianweiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MaterialsEngineeringDateofOralExamination：March,2018University：HarbinUniversityofScienceandTechnology

3、哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《铋族光催化剂的制备及光催化性能研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：日期：年月日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《铋族光催化剂的制备及光催化性能研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指

4、导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密，在年解密后适用授权书。不保密√。（请在以上相应方框内打√）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日铋族光催化剂的制备及光催化性能研究摘要含铋光催化材料属于非T

5、iO2半导体光催化材料中的一种，在光傕化污水处理、清洁室内空气、光催化分解水、有机合成及光催化还原二氧化碳等方面拥有广阔的应用前景。在室温下，单斜相α-Bi2O3的禁带宽度较好(2.6eV)且为热力学稳定相，因此更加容易制备、工业化生产，同时α-Bi2O3成为最为高性能且低成本的光催化剂之一。BiVO4作为一种新型可见光响应型光催化材料，由于具有较窄能隙、较高可见光催化活性等优点引起了人们广泛的关注。卤氧化铋是一类V-VI-VII化合物半导体，由许多[X-Bi-O-Bi-X]单层沿着(001)方向

6、通过范德瓦尔斯力相互作用而排列成层状结构，铋氧层内铋和氧的共价键作用与卤原子层之间范德瓦尔斯力的差别，导致其高度各向异性的结构、电子、光学和机理等性质。同时本文采用最为有效的改性光催化剂的手段之一—构建异质结，有效地提高了铋基光催化剂光催化性能。本文主要构建了三种铋基光催化异质结分别为：α-Bi2O3/BiOBr,BiVO4/BiOI和BiOI(010)/BiOCl(001)。1.以α-Bi2O3为原料，通过化学转变法制得不同配比的α-Bi2O3/BiOBr。模拟太阳光照射210min后，α-Bi

7、2O3/BiOBr光催化降解罗丹明效率达到90%，而纯α-Bi2O3和BiOBr光催化性能分别为17%和26%。同时，通过光催化降解实验确定异质结内最佳组分配比。荧光光谱与紫外漫反射结果表明α-Bi2O3/BiOBr的禁带宽度相比于纯相减小。通过对样品形貌进行表征，异质结内形成以超薄BiOBr（约为3层）为壳，α-Bi2O3为核的核壳结构。这种结构使得α-Bi222O3/BiOBr比表面积增大38.70m/g，远远大于α-Bi2O3(9.04m/g)和BiOBr(18.49m2/g)。通过价带补偿

8、法计算其能带结构排列，价带顶电势差(ΔEV)为0.88eV，导带底差值为0.92eV，确定α-Bi2O3/BiOBr异质结内电子转移方向。2.本文利用水热法成功制备BiVO4，并通过化学转变法制得不同组分配比BiVO4/BiOI异质结(1:0.25,1:0.5,1:0.75,1:1)。通过光催化降解罗丹明B，确定其最佳配比，100min时，光催化效率到达95%，同样条件下，单一组分光催化剂BiVO4和BiOI的光降解效率分别为48%和23%。同时，CM2的光-I-降解速率为0.03