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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。

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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