本文關(guān)鍵詞：基于鉍系半導(dǎo)體的新型光催化劑的設(shè)計、制備及其性能研究

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【摘要】：自從人們發(fā)現(xiàn)氧化物半導(dǎo)體二氧化鈦具有光催化性能以來,越來越多的半導(dǎo)體被觀察到具有光催化性能,而且,光催化也成為一種研究半導(dǎo)體內(nèi)載流子行為的重要手段。在眾多的半導(dǎo)體光催化劑中,鉍系半導(dǎo)體因為可以響應(yīng)可見光、抗光腐蝕能力強(qiáng)、對生物無毒、對環(huán)境無污染等優(yōu)點而受到廣泛重視。然而,它們對可見光的利用率較低、電子空穴對復(fù)合率較高以及量子效率較低等缺點限制了在實際中的應(yīng)用。本論文針對鉍系半導(dǎo)體材料作為光催化劑所存在的問題,以BiVO_4、Bi_2WO_6和Bi_2O_3為主要研究對象,通過材料復(fù)合和元素?fù)诫s等方法,試圖提高它們的可見光利用率和量子效率,降低載流子的復(fù)合率,并研究了載流子在其內(nèi)部的分離和輸運機(jī)制。主要的研究內(nèi)容和實驗結(jié)果如下:1.通過簡單的溶劑熱法制備了病毒狀BiVO_4/Bi_2WO_6復(fù)合物、純BiVO_4和Bi_2WO_6納米顆粒,系統(tǒng)分析了BiVO_4摩爾量對復(fù)合物的結(jié)構(gòu)和光催化性能的影響。實驗結(jié)果表明,BiVO_4摩爾百分?jǐn)?shù)為50%的復(fù)合物呈現(xiàn)最優(yōu)的光催化性能。可見光照射60 min后,溶液中羅丹明B的分解率達(dá)到了91%。通過對BiVO_4/Bi_2WO_6復(fù)合物的結(jié)構(gòu)、紫外漫反射光譜以及光降解過程的分析我們發(fā)現(xiàn),光致界面電荷轉(zhuǎn)移對光生載流子的分離和輸運起到了關(guān)鍵作用,提高了對可見光的利用率,并在一定程度上降低了載流子的復(fù)合率,進(jìn)而改善了光催化性能。2.采用成本低廉、環(huán)境友好的超聲分散方法制備了N摻雜Bi_2O_3/g-C_3N_4復(fù)合物,通過改變前驅(qū)物中g(shù)-C_3N_4的濃度,系統(tǒng)分析了g-C_3N_4含量對復(fù)合物光催化性能的影響。實驗結(jié)果表明,N摻雜Bi_2O_3被g-C_3N_4薄層包覆,當(dāng)g-C_3N_4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為66.7%時,復(fù)合物表現(xiàn)出最佳的光催化性能,溶液中的羅丹明B在可見光照射15 min后分解率達(dá)到了94.4%,分別是純g-C_3N_4的4.6倍和純Bi_2O_3的8.2倍。光催化性能的提高是由于復(fù)合物對可見光吸收的增強(qiáng)以及其中的Bi_2O_3納米顆粒與g-C_3N_4包覆層的協(xié)同效應(yīng)。3.利用簡單的水熱法一步合成了球狀Bi_2O_3/a-Fe_2O_3復(fù)合物。通過改變前驅(qū)物中硝酸鐵的濃度,系統(tǒng)地分析了a-Fe_2O_3的含量對復(fù)合物結(jié)構(gòu)和光催化性能的影響。實驗結(jié)果表明,Bi_2O_3/a-Fe_2O_3復(fù)合物是納米顆粒構(gòu)成的介孔球,其光催化性能相對于純Bi_2O_3和純a-Fe_2O_3有很大的提升。當(dāng)a-Fe_2O_3的摩爾百分?jǐn)?shù)為30%時,Bi_2O_3/a-Fe_2O_3復(fù)合物的光催化性能最佳,溶液中的羅丹明B在可見光照射60 min后分解率超過了95%。光催化性能的改善一方面是由于與a-Fe_2O_3的復(fù)合增強(qiáng)了Bi_2O_3對可見光的吸收,另一方面是由于在Bi_2O_3和a-Fe_2O_3之間形成了異質(zhì)結(jié)等特定的載流子輸運結(jié)構(gòu),提高了載流子的分離率。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36

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