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碘氧化铋基光催化材料的制备及光降解性能研究

作　者: 王旭
导　师: 陈刚
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 物理化学
关键词: 光催化降解 碘氧化铋 固溶体 能带结构 表面活性剂
分类号: O614.532
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


碘氧化铋具有较窄的带隙、层状结构和较强的内建电场，是十分有前途的可见光响应光催化材料。本文采用水热法和液相水热两步法合成了纯相BiOI、液相水热两步法合成BiOBrxI1-x（x=0.0,0.3,0.5,0.7,1.0）固溶体、以CTAB为Br源合成了BiOI/BiOBr，利用XRD、UV-Vis、SEM、TEM、EDS等测试手段对所合成样品的形貌结构、元素组成进行了研究，并以甲基橙为目标降解物，对制备的样品进行可见光降解性能分析评价。采用液相水热两步法合成了BiOI纯相光催化剂。FESEM和TEM测试表明，样品为约70nm厚的片状结构组成的三维花状粒子，尺寸在57μm。其组成基元为单晶薄片，暴露晶面主要为{001}晶面族，生长方向垂直于[001]晶向。液相水热两步法合成的BiOI在可见光下40min内将甲基橙溶液完全降解，与一般水热法合成样品相比光降解活性大幅提高，其光降解过程中，光生电子与空穴同时贡献于光降解反应，光生电子与水中溶解氧结合生成O2·-自由基，并与光生空穴共同作用于甲基橙分子。采用液相水热两步法合成了BiOBrxI1-x（x=0.0,0.3,0.5,0.7,1.0）固溶体，XRD测试表明固溶体的衍射峰在两纯相间发生偏移，FESEM结果表明样品为约70nm厚的片状结构组成的三维花状粒子，固溶体中四种元素分布均匀，并有效的调控了其能带结构和光吸收性质。BiOBr0.3I0.7固溶体在可见光下对甲基橙溶液具有良好的光降解效果，与BiOI和BiOBr纯相样品相比光降解活性大幅提高，可在20min内将甲基橙溶液完全降解，其价带相对BiOI纯相更正，可产生具有更强氧化能力的光生空穴。以CTAB为Br源及表面活性剂，一步水热法合成了BiOI/BiOBr系列光催化剂，其中30%BiOI/BiOBr样品具有远高于纯相BiOI与BiOBr的光降解活性，可在40min内将甲基橙溶液几乎完全降解，且其光降解活性高于使用KBr为Br源合成的样品。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 研究的目的与意义  10
  1.2 光催化降解有机物原理  10-11
  1.3 可见光响应光催化剂研究现状  11-13
    1.3.1 TiO_2光催化剂  11-12
    1.3.2 新型可见光响应光催化剂  12
    1.3.3 BiO_X(X = Cl, Br, I)光催化剂  12-13
  1.4 影响半导体光催化活性的主要因素  13-15
    1.4.1 粒子尺寸对光催化活性的影响  14
    1.4.2 晶体缺陷对光催化活性的影响  14
    1.4.3 能带结构对光催化活性的影响  14-15
  1.5 提高半导体光催化剂活性的主要途径  15-17
    1.5.1 半导体复合型光催化剂  15-16
    1.5.2 金属沉积  16
    1.5.3 离子掺杂  16
    1.5.4 加入电子受体  16-17
    1.5.5 减小半导体粒子尺寸  17
  1.6 课题研究的主要内容  17-18
第2章 实验材料及其实验方法  18-24
  2.1 实验材料及仪器设备  18-19
    2.1.1 主要化学试剂  18
    2.1.2 主要仪器设备  18-19
  2.2 实验方法  19
  2.3 样品表征方法  19-21
    2.3.1 X 射线衍射测试(XRD)  19-20
    2.3.2 紫外-可见漫反射光谱分析(UV-Vis)  20
    2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)  20
    2.3.4 透射电子显微镜(TEM)  20-21
  2.4 光降解性能测试  21-24
    2.4.1 甲基橙标准曲线的绘制  21-22
    2.4.2 光降解性能测试  22-24
第3章 纯相 BiOI 的合成及光降解性能研究  24-38
  3.1 引言  24-25
  3.2 BiOI 样品的合成  25-27
  3.3 结构形貌分析  27-30
    3.3.1 X 射线粉末衍射测试(XRD)  27
    3.3.2 紫外可见漫反射(UV-Vis)测试  27-28
    3.3.3 场发射扫描电镜(FESEM)测试  28-29
    3.3.4 透射电镜(TEM)测试  29-30
  3.4 BiOI 的光降解性能研究  30-32
  3.5 BiOI 的光降解机理研究  32-37
    3.5.1 载流子捕获剂对光降解甲基橙性能的影响  32-33
    3.5.2 光致发光(PL)测试  33-34
    3.5.3 BiOI 的能带结构分析  34-36
    3.5.4 BiOI 的光降解机理  36-37
  3.6 本章小结  37-38
第4章 BiOBr_xI_(1-x)固溶体的合成及光降解性能研究  38-48
  4.1 引言  38
  4.2 BiOBr_xI_(1-x)固溶体的合成  38-39
  4.3 结构形貌分析  39-43
    4.3.1 X 射线粉末衍射测试(XRD)  39-40
    4.3.2 紫外可见漫反射测试(UV-vis)  40-41
    4.3.3 场发射扫描电镜(FESEM)及 EDS 能谱测试  41-42
    4.3.4 透射电镜(TEM)测试  42-43
  4.4 BiOBr_xI_(1-x)固溶体的光降解性能研究  43-45
  4.5 BiOBr_xI_(1-x)固溶体的光降解机理研究  45-47
    4.5.1 载流子捕获剂对光降解甲基橙性能的影响  45-46
    4.5.2 形成固溶体对能带结构调控研究  46-47
  4.6 本章小结  47-48
第5章 BiOI/BiOBr 的水热合成及光降解性能研究  48-55
  5.1 引言  48
  5.2 BiOI/BiOBr 样品的合成  48-49
  5.3 结构形貌分析  49-52
    5.3.1 X 射线粉末衍射测试(XRD)  49-50
    5.3.2 紫外可见漫反射测试(UV-vis)  50-51
    5.3.3 场发射扫描电镜测试(FESEM)  51-52
  5.4 BiOI/BiOBr 的光降解性能研究  52-53
  5.5 本章小结  53-55
结论  55-56
参考文献  56-63
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  63-65
致谢  65

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 无机化学 > 金属元素及其化合物 > 第Ⅴ族金属元素及其化合物 > 锑主族（ＶA族金属元素） > 铋Bi
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