鉍基半導體異質結微納結構的可控制備及其光催化性能研究
發(fā)布時間：2021-11-12 00:52
半導體光催化技術是解決能源短缺和環(huán)境污染這兩方面問題有效、綠色和最有發(fā)展前景的方法,其核心是對半導體光催化劑的研究。在已報道的半導體材料中,鉍基半導體光催化劑因其具有結構可控、環(huán)境友好、原料充足、光催化活性高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點,而成為繼TiO2之后的一類非常重要的新型光催化材料。特別是Sillen族的鉍基半導體光催化材料擁有獨特的層狀結構,促使光生載流子在層間得到有效的分離和轉移,繼而獲得良好的光催化性能,但其中部分半導體如Bi2O2CO3和BiOCOOH等因具有較寬的禁帶寬度,導致對太陽光的利用率低,也使它們的實際應用受到了極大限制。本論文針對Bi2O2CO3和BiOCOOH在光催化過程中存在的問題,設計出簡單的產品制備路線,通過形貌控制和異質結構筑等方法對Bi2O2CO3和BiOCOOH進行了改性,有效地增強了材料對可見光的吸收并進一步降低了光生載流子的復合率,大幅度提升了它們的光催化性能;通過SEM、TEM、HRTEM、XRD、XPS和UV-Vis DRS等方法對所制備的鉍基半導體光催化劑的結構、組成和光學性質等進行了表征與分析;并深入探究了異質結微納結構的形成機理和光催化降解污染...
【文章來源】：揚州大學江蘇省
【文章頁數】：165 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１－４半導體光催化材料的應用．??１．３鉍基光催化劑的研宂進展??
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【參考文獻】：
期刊論文
[1]新型間接Z字結型g-C3N4/Bi2MoO6/Bi空心微球等離子共振增強光吸收和光催化性能（英文）[J]. 李寧,高航,王鑫,趙蘇君,呂達,楊國慶,高雪云,樊海寬,高旸欽,戈磊. Chinese Journal of Catalysis. 2020(03)
[2]Bi/BiOCOOH復合光催化劑的制備及其可見光催化性能[J]. 丁志剛,舒友菊,段芳,陳明清. 重慶大學學報. 2018(10)
[3]鉍系光催化劑去除環(huán)境污染物[J]. 丁星,楊祥龍,熊中亮,陳浩,張禮知. 化學進展. 2017(09)
[4]Facile microwave-assisted ionic liquid synthesis of sphere-like BiOBr hollow and porous nanostructures with enhanced photocatalytic performance[J]. Zhigang Chen,Jie Zeng,Jun Di,Dexiang Zhao,Mengxia Ji,Jiexiang Xia,Huaming Li. Green Energy & Environment. 2017(02)
[5]具有異質結的鉍系光催化劑研究進展（英文）[J]. 陳浪,賀捷,劉英,陳鵬,區(qū)澤堂,尹雙鳳. 催化學報. 2016(06)
[6]BiOCl nanostructures with different morphologies:Tunable synthesis and visible-light-driven photocatalytic properties[J]. Hong-Ying Hao,Yan-Yan Xu,Ping Liu,Guo-Ying Zhang. Chinese Chemical Letters. 2015(01)
[7]可見光鉍系光催化劑的研究進展[J]. 赫榮安,曹少文,周鵬,余家國. 催化學報. 2014(07)
博士論文
[1]鉍系異質結光催化劑的可控制備及性能研究[D]. 楊春明.吉林大學 2019
[2]鉍基半導體及其復合材料的液相合成與光催化性能研究[D]. 吳共娟.湖南大學 2018
碩士論文
[1]銦/鉍基半導體復合材料制備及其光催化性能研究[D]. 孟亞東.江蘇大學 2017
[2]鉬酸鉍異質結光催化劑的制備及其可見光催化性能研究[D]. 楊佳.華南理工大學 2017
[3]Aurivillius型鉍基光催化材料的制備與性能研究[D]. 王傳寧.南昌大學 2015
本文編號：3489875
【文章來源】：揚州大學江蘇省
【文章頁數】：165 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１－４半導體光催化材料的應用．??１．３鉍基光催化劑的研宂進展??
?第１章緒論???進展。??１．３．１幾種鉍基半導體光催化材料簡介??１．３．１．１?氧化鉍（Ｂｉ；：〇３）??Ｂｉ２０３是最簡單的鉍化合物，它的晶型主要有六種，常見的有單斜相ａ－Ｂｉ２０３、四方??相ｐ－ＢｈＯ；、體心立方相Ｙ－Ｂｂ〇３和面心立方相５－Ｂｉ２〇３。其中，ａ－Ｂｉ２０３是低溫穩(wěn)定相，??［５－Ｂｉ２〇３和ｙ－Ｂｂ〇３是亞穩(wěn)相，５－Ｂｂ〇３是局溫穩(wěn)定相，ａ－Ｂｉ２〇３是這幾種晶型中熱力學最??穩(wěn)定的晶型。如圖１－５所示，在不同的熱處理溫度下，Ｂｉ２０３四種晶相可相互轉化，其??它亞穩(wěn)相在低溫下易轉變?yōu)椋嵯�，在高溫下轉變?yōu)椋迪啵郏玻福薄＃拢椋玻埃呈侵苯訋栋雽w，??它的帶隙能大小取決于晶相，在２．０至３．９ｅＶ之間變化［２９］。目前，在Ｂｉ２０３這幾種晶型??中，關于ａ－Ｂｉ２０３和（３－Ｂｉ２０３作為光催化劑的應用報道較多。ａ－Ｂｂ〇３是一個低溫穩(wěn)定相??且具有合適的帶隙能（２．９ｅＶ），在光催化過程中穩(wěn)定性好，不會被光腐蝕。而與ａ－Ｂｉ２０３??相比，卩－Ｂｉ２０３的可見光催化性能更高，這是由于（３－Ｂｉ２０３的帶隙能較小（２．４ｅＶ）［２９］，且??如圖１－６所示［３Ｇ１，在Ｐ－Ｂｉ２０３的晶體結構中沿著晶體ｃ軸方向具有孔道結構，這可以為??電荷載流子的轉移提供通道，防止它們復合。盡管Ｐ－Ｂｉ２０３的可見光催化性能較好，但??（３－Ｂｉ２０３的亞穩(wěn)態(tài)給納米尺度上制備純（３－Ｂｉ２０３帶來了挑戰(zhàn)。目前合成（３－Ｂｉ２０３的最簡單??的方法就是通過前驅體的熱分解法。近年來，對Ｂｉ２０３的研究主要集中在開發(fā)Ｐ－Ｂｉ２０３??的合成新方法［３１］和進一步提高ａ－Ｂｉ２０３和（３－Ｂｉ２０３光催化性能上［
?第１章緒論???圖】－７ＢｉＯＸ（Ｘ＝Ｃｌ、Ｂｒ、丨）的晶體結構模型圖：（ａ）單晶晶胞，（ｂ）二層厚度的二維層狀結構［３４】．??１．３．１．３?碳酸氧鉍（Ｂｉ２〇２Ｃ〇３）??Ｂｉ２〇２Ｃ０３也具有Ｓｉｌｌ如層狀結構，由圖１－８可見它是由交替的［Ｂｉ２〇２］２＋層和??Ｃ０３２－層正交而成，其中Ｂｉ３＋與８個共用的氧原子形成配位，這種大型８配位表現出立??體活性孤對行為，這可能導致Ｂｉ－０多面體具有較大畸變性［４｜＼而表面Ｂｉ－Ｏ鍵的畸變??容易引起氧空位的形成，適量的氧空位存在能夠捕獲光生電子，降低光生載流子的復??合率。此外，Ｂｉ２０２Ｃ０３的內部層狀結構將引起不同軸的生長速率的差異性，傾向于形??成二維片狀結構。同時，具有高度各向異性的Ｂｉ２０２Ｃ０３內部結構有利于控制具有特殊??晶面暴露的納米片的形成［４２］。Ｂｉ２０２Ｃ０３最早被廣泛用作工業(yè)添加劑，是一種用于胃藥??的原料［４３］。直到２０１０年，Ｃｈｅｎｇ等人發(fā)現Ｂｉ２〇２Ｃ０３在紫外光照射下可有效降解Ｍ０??之后，它在光催化領域的應用才得到了廣泛的關注。此外，Ｂｉ２０２Ｃ０３也被應用于超級??電容器［４５］和濕度傳感器［４６］等領域。Ｂｂ〇２Ｃ〇３是ｎ型間接帶隙半導體，它的均在３．１？３．５??ｅＶ之間［４７］，所以Ｂｉ２０２Ｃ〇３只能被紫外光激發(fā)，導致其對太陽光利用率低，限制了它??的光催化效率。到目前為止己經報道了一系列的策略如形貌控制［４７］、特殊晶面暴露［１８］??以及與窄帶隙半導體復合［４８１等手段來拓寬Ｂｉ２０２Ｃ０３對光的吸收范圍和提升單一??Ｂｂ〇２Ｃ〇３的光生載流子的分離效率。??墨＿３＿??ｊｉＪｃｉｎｇ?ａｌｏｎｇ?ｌｏ
【參考文獻】：
期刊論文
[1]新型間接Z字結型g-C3N4/Bi2MoO6/Bi空心微球等離子共振增強光吸收和光催化性能（英文）[J]. 李寧,高航,王鑫,趙蘇君,呂達,楊國慶,高雪云,樊海寬,高旸欽,戈磊. Chinese Journal of Catalysis. 2020(03)
[2]Bi/BiOCOOH復合光催化劑的制備及其可見光催化性能[J]. 丁志剛,舒友菊,段芳,陳明清. 重慶大學學報. 2018(10)
[3]鉍系光催化劑去除環(huán)境污染物[J]. 丁星,楊祥龍,熊中亮,陳浩,張禮知. 化學進展. 2017(09)
[4]Facile microwave-assisted ionic liquid synthesis of sphere-like BiOBr hollow and porous nanostructures with enhanced photocatalytic performance[J]. Zhigang Chen,Jie Zeng,Jun Di,Dexiang Zhao,Mengxia Ji,Jiexiang Xia,Huaming Li. Green Energy & Environment. 2017(02)
[5]具有異質結的鉍系光催化劑研究進展（英文）[J]. 陳浪,賀捷,劉英,陳鵬,區(qū)澤堂,尹雙鳳. 催化學報. 2016(06)
[6]BiOCl nanostructures with different morphologies:Tunable synthesis and visible-light-driven photocatalytic properties[J]. Hong-Ying Hao,Yan-Yan Xu,Ping Liu,Guo-Ying Zhang. Chinese Chemical Letters. 2015(01)
[7]可見光鉍系光催化劑的研究進展[J]. 赫榮安,曹少文,周鵬,余家國. 催化學報. 2014(07)
博士論文
[1]鉍系異質結光催化劑的可控制備及性能研究[D]. 楊春明.吉林大學 2019
[2]鉍基半導體及其復合材料的液相合成與光催化性能研究[D]. 吳共娟.湖南大學 2018
碩士論文
[1]銦/鉍基半導體復合材料制備及其光催化性能研究[D]. 孟亞東.江蘇大學 2017
[2]鉬酸鉍異質結光催化劑的制備及其可見光催化性能研究[D]. 楊佳.華南理工大學 2017
[3]Aurivillius型鉍基光催化材料的制備與性能研究[D]. 王傳寧.南昌大學 2015
本文編號：3489875
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