SnO2@Bi2O3复合材料的制备及其光催化性能研究

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1、分类号：TN304.2学校代码：10697密级：公开学号：201531447专业学位硕士论文DissertationfortheProfessionalDegreeofMasterSnO2@Bi2O3复合材料的制备及其光催化性能研究学科名称：集成电路工程专业学位类别：工程硕士作者：张适指导老师:闫军锋教授西北大学学位评定委员会二○一八年六月PreparationandphotocatalyticperformanceofSnO2@Bi2O3compositesAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinpartialfulfillmentoft

2、herequirementsforthedegreeofMasterinIntegratedCircuitEngineeringByZhangShiSupervisor:YanJunfengProfessorJune2018摘要随着社会科技进步，光催化技术在有机污染物降解、废水处理等方面越来越发挥着巨大的作用。因而，合成低成本、稳定性好且催化效率高的光催化纳米材料成为现阶段科学工作者聚焦的热点问题之一。目前SnO2纳米晶在光催化领域独占鳌头，是因为其制备方法简单、成本低廉、性能稳定等优点。Bi2O3纳米晶拥有较高的可见光响应特性，也是目前研究较多的一种光催化材料，但因其响应频带

3、窄，很大程度上限制了它在实际污水处理应用中的应用范围。因此，将SnO2与Bi2O3复合，既能使它们的优点相得益彰，使响应频带从紫外延伸到可见光区，又能在二者的接触面形成p-n型异质结，进而降低电子-空穴对的复合率，从而提高了光催化效率，也为新型光催化材料的研究提供了新思路。本论文采取两步水热法制备SnO2@Bi2O3复合材料，研究其在可见光下降解亚甲基蓝（MB）的效率，分析复合材料的生长机理和光催化机理。主要研究内容如下：1.先通过水热法制备出SnO2微米球作为基底，然后采用二步水热法在其表面生长Bi2O3。应用正交设计理论，以降解效率作为优化指标，优化了水热法制备SnO2@B

4、i2O3光催化复合材料的工艺参数。优化的工艺参数是，Bi3+浓度（[Bi3+]）为0.02mol/L，OH-浓度（[OH-]）为0.06mol/L，反应温度（T）为140℃，反应时间（t）为4h，以及影响复合材料降解效率各因素的主次关系为t>[Bi3+]>[OH-]>T。同时，通过时间单因素实验得出，当水热反应时间为4h时，有利于形成绒球状SnO2@Bi2O3复合结构。2.分别研究了在可见光照射120min条件下，优化的工艺参数下所制备的SnO2@Bi2O3复合材料和单一SnO2材料的光催化MB降解效率，其结果分别86.94%和85.14%。表明在可见光下两种材料对MB溶液都具

5、有良好的降解能力，但SnO2@Bi2O3复合材料在各个时间段的降解效率比SnO2高，说明SnO2@Bi2O3复合材料较SnO2材料拥有更好的光催化性能。然后研究了5mg/L、10mg/L和15mg/L浓度下MB溶液在可见光下的降解效率，结果发现，SnO2@Bi2O3复合材料随着MB浓度的增加，对染料的催化降解时间增加并且降解效率有所降低。3.基于优化的工艺参数，探究了不同类型表面活性剂SDS、CTAB和PAM对SnO2@Bi2O3复合材料微观结构的影响机制以及对MB催化降解的影响作用。结果表明，表面活性剂能够促使复合材料形貌变化，一定程度上提高了对MB的降解效率。当PAMi添加

6、量为0.0005%时，所制备的SnO2@Bi2O3复合材料对MB溶液的催化效率高达99.12%。关键词：水热法，SnO2@Bi2O3，复合材料，微观结构，光催化iiABSTRACTWiththeadvancementofsocialscienceandtechnology,photocatalytictechnologyhasincreasinglyplayedanimportantroleinthedegradationoforganicpollutantsandwastewatertreatment.Therefore,thesynthesisofphotocatalyti

7、cnanomaterialswithlowcost,goodstability,andhighcatalyticefficiencyhasbecomeoneofthehotissuesthatscientistsfocusonatthisstage.Atpresent,SnO2nanocrystalsoccupythefirstplaceinthefieldofphotocatalysisbecauseofitsadvantagessuchassimplepreparationmethod,