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卤化氧铋单体及复合异质结半导体材料的制备与性能研究
作 者: 张斌
导 师: 姬广斌
学 校: 南京航空航天大学
专 业: 物理化学
关键词: 卤化氧铋 溶剂热 固溶体 异质结 吸附 光催化
分类号: TN304
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
近年来,BiOX(X=Cl, Br, I)由于适宜的禁带宽度和良好的光响应能力得到了广泛的研究。本文采用溶剂热法制备了BiOX单体,并通过调节不同卤素盐类获得了BiOClBr固溶体以及不同比例I掺杂BiOClBr固溶体。采用XRD、SEM对样品形貌和晶体结构进行了研究,通过UV-Vis对其光吸收性能进行了探讨并进一步计算了其禁带宽度,采用N2等温吸附-脱附对不同比例I掺杂BiOClBr固溶体的比表面积及孔径分布结构进行了研究。最后,对所有制备的BiOX单体及复合固溶体进行了吸附及光催化性能测试。BiOX单体中的BiOCl及BiOBr表现出良好的光催化性能。而与BiOCl及BiOBr具有相近比表面积的BiOI对罗丹明B(RhB)分子显示出优异的吸附能力,通过等温吸附研究发现其饱和吸附量高达197mg/g。通过对吸附前后FI-IR图谱的对比,判断其吸附并非为化学吸附,进一步在不同pH及不同温度下的实验推断出其吸附应为静电吸附,这与I元素本身较高的电负性密切相关。所制备的BiOClBr固溶体表现出比BiOX单体更加高效的光催化性能,在催化剂仅为20mg/200mL的情况下,可见光照射2h内BiOClBr对RhB降解率高达60%,而全光谱照射2h内BiOClBr对RhB降解率高达90%,两者均远高于BiOX单体。与BiOClBr固溶体相比,I掺杂BiOClBr固溶体对RhB体现出更为优异的吸附和光催化性能,可见光照射1h内I掺杂BiOClBr对RhB降解率高达95%以上,全光谱照射40min内I掺杂BiOClBr对RhB降解率高达95%以上。随着I掺杂量的增加,固溶体形貌发生明显变化,片层堆积中的片层出现先变薄变大,后又变小变厚的现象,I掺杂量的增加后的固溶体对RhB的光催化效率出现了先增加,后降低的趋势,当Cl:Br:I反应物中加入量为1:1:2时所制备的I掺杂BiOClBr固溶体具有最为优异的光催化性能,可见光照射30min内I掺杂BiOClBr对RhB降解率高达95%以上,全光谱照射20min内I掺杂BiOClBr对RhB降解率高达90%以上。
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全文目录
摘要 4-5 ABSTRACT 5-12 第一章 绪论 12-24 1.1 光催化 12-14 1.1.1 光催化简介 12-13 1.1.2 光催化机理简介 13-14 1.2 光催化剂研究概况 14-18 1.2.1 常见光催化剂 14 1.2.2 TiO2光催化剂 14-16 1.2.3 铋系光催化剂 16-18 1.3 异质结 18-21 1.3.1 异质结简介 18-19 1.3.2 p-n 结 19 1.3.3 异质结光催化机理 19-21 1.4 本课题研究目的及意义 21-22 1.5 本文主要工作 22 1.6 论文组织安排 22-24 第二章 BiOX(X=Cl,Br,I)单体的制备及性能 24-38 2.1 前言 24-25 2.2 BiOX 单体的制备及表征 25-26 2.2.1 实验材料及仪器 25 2.2.2 BiOX 单体的制备及吸附和光催化实验 25-26 2.3 结果与讨论 26-37 2.3.1 样品的形貌和结构 26-29 2.3.2 样品性能分析 29-37 2.4 小结 37-38 第三章 BiOClBr 及 I 掺杂 BiOClBr 的固溶体的制备及性能 38-58 3.1 引言 38-39 3.2 溶剂热制备 BiOClBr 及 I 掺杂 BiOClBr 的固溶体 39-40 3.2.1 实验材料及仪器 39 3.2.2 实验过程 39-40 3.3 结果及讨论 40-57 3.3.1 BiOClBr 固溶体的结构及性能 40-46 3.3.2 掺杂 BiOClBr 固溶体结构及性能 46-57 3.4 小结 57-58 第四章 不同 I 掺杂量 BiOClBr 的制备及性能 58-69 4.1 引言 58-59 4.2 不同 I 掺杂量 BiOClBr 的制备 59-60 4.2.1 实验材料及仪器 59 4.2.2 实验过程 59-60 4.2.3 样品的测试与表征 60 4.3 结果与讨论 60-68 4.3.1 样品结构与形貌 60-64 4.3.2 性能分析 64-68 4.4 小结 68-69 第五章 总结与展望 69-72 5.1 总结 69-70 5.2 展望 70-72 参考文献 72-79 致谢 79-80 在学期间的研究成果及发表的学术论文 80
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 材料
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