bibiocl复合光催化剂的制备表征及性能研究(附件)【字数：10871】
摘 要摘 要本论文首先用溶剂热还原法制备Bi，用一步水热法制备单体BiOCl，用硝酸铋五水Bi(NO3)3·5H2O，KCl和乙二醇通过溶剂热法制备Bi/BiOCl复合光催化剂，用硝酸铋五水Bi(NO3)3·5H2O，KCl和葡萄糖通过一步水热法制备Bi/BiOCl复合光催化剂，再用NaBH4(氢硼酸钠)和BiOCl通过还原法制备二元复合物Bi/BiOCl，然后对制备好的单体光催化剂和二元复合物通过扫描电子显微（SEM）和X-射线衍射（XRD）测试所制备产物的一系列表征，并进行复合光催化剂在可见光下对有机染料罗丹明B（RhB），甲基橙（MO），甲基蓝(MB)的降解实验，又进行了不同质量的Bi/BiOCl二元复合光催化剂在紫外可见光下降解RhB的实验。然后在可见光下降解所取的样品进行紫外检测，对紫外线效果图得出该二元复合光催化剂对有机染料的催化降解效率情况进行比较。实验结果说明，用溶剂热制备的二元复合光催化剂Bi/BiOCl的催化降解能力比一部水热法和还原法制备的Bi/BiOCl复合光催化剂的强，Bi/BiOCl复合光催化剂降解RhB的效果比单体的效果好，二元复合光催化剂Bi/BiOCl降解RhB的效果比降解MO和MB的效果要好，质量越大的Bi/BiOCl二元复合光催化剂降解RhB的效果好，说明污染物的的降解效果受到二元复合光催化剂的用量的影响，最后通过进行捕获实验了解到BQ捕获的超氧自由基，EDTA捕获的空穴自由基和IPA捕获的是羟基，在降解染料中羟基自由基起到了重要作用，因此羟基自由基是光催化降解反应中的活性物质。关键词溶剂热法；BiOCl； Bi/BiOCl；玫瑰红B；复合光催化剂 Abstract
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2 光催化剂的原理及其应用 1
1.3 光催化剂的合成方法 2
1.3.1一步水热法 2
1.3.2溶剂热法 2
1.3.3 燃烧法 2
1.3.4化学还原法 3
1.4 新型光催化剂的研究进展 3
1.4.1 TiO2光催化剂 3
1.4.2 新型可见光催化剂 3
第二章 实验部分 5
2.1 实验原理 5
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2.2实验药品及器材及试剂 5
2.2.1 实验药品 5
2.2.2 实验器材 6
2.2.3 实验仪器 6
2.3 样品制备 6
2.3.1 制备Bi单体 6
2.3.2 制备BiOCl 7
2.3.3 一步水热法制备Bi/BiOCl 7
2.3.4 溶剂热法制备Bi/BiOCl 7
2.3.5还原法制Bi/BiOCl 8
2.4 样品的表征 8
2.4.1 XRD分析 8
2.4.2 SEM分析 8
2.4.3 UVVis DRS分析 8
2.5 光催化降解有机染料 9
2.5.1单体Bi、BiOCl和Bi/BiOCl降解玫瑰红B 9
2.5.2 不同质量的Bi/BiOCl降解玫瑰红B 10
2.5.3 Bi/BiOCl降解MO MB RhB 10
2.5.4 Bi/BiOCl在可见光下降解不同浓度的RhB 11
2.5.5用不同制备方法制备的Bi/BiOCl降解玫瑰红B 11
2.5.6 自由基捕获实验 12
2.5.7 催化剂Bi/BiOCl的稳定性研究 12
第三章 结果与讨论 14
3.1 样品的结构分析（XRD) 14
3.2 样品的形貌分析（SEM) 14
3.3样品的漫反射光谱（UVVis DRS) 15
3.4 光催化降解有机染料 16
3.4.1 单体Bi、BiOCl和Bi/BiOCl降解玫瑰红B效果 16
3.4.2不同质量催化剂降解RhB效果 17
3.4.3 相同催化剂降解不同染料效果 18
3.4.4相同光催化剂降解不同浓度染料效果 19
3.4.5用不同制备方法制备的Bi/BiOCl降解玫瑰红B 20
3.4.6捕获实验 20
3.4.7稳定性实验 21
结论 22
致谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1引言
光触媒是处理能源危机和环境问题的一种有用技术,因其能够利用太阳能。 光催化过程包括通过适当的辐射源激活纳米/微尺寸半导体颗粒。在照射期间，在价带和半导体的导带分别产生空穴和电子，这导致其表面上可能发生许多氧化还原反应，例如有机污染物的光降解，水分解为H2或O2，减少有毒的Zn2+和CO2。然而，大多数光催化剂只能在紫外线区域吸收太阳光，这限制了其应用。现在，已经开发了许多可见光驱动的半导体[1, 2]。
近来，已经对BiVO4，BiOX（X=Cl，Br，I），Bi2WO6 和Bi2MO6等系列Bi系光催化剂引起了极大的关注。在这些Bi系光催化剂中，具有层状结构的BiOCl具有独特的催化性能[3, 4]。
1.2 光催化剂的原理及其应用
光催化剂对水和空气污染的处理有一定作用。半导体光催化剂长期以来一直用于减轻水和空气中有毒污染物引起的环境恶化。氧化铋（BiOC1）是一种有希望的半导体光催化剂，已被广泛地用于空气净化，水净化和光催化水分解的研究[3]。 BiOC1具有由[C1BiOBiCl]片组成的四方分层结构，其通过沿着c轴的Cl原子通过非键合相互作用堆叠在一起[5, 6]。据悉，垂直于Cl层和氧化铋基萤石样层的强烈的内部静电场使得能够有效分离光致电子空穴对，这提高了光催化性能。由于其能量带隙大（3.46 eV），BiOC1在紫外（UV）光照条件下具有良好的光催化性能，但不能在可见光照射下进行，这限制了太阳光的有效利用及其在有机光降解中的实际应用污染物。不幸的是，紫外光占到达到地球表面的太阳能的不到5%。因此，在过去几年中，已经大力发展可见光驱动光催化剂，可以最大限度地利用清洁，安全和丰富的太阳能。采用许多方法，包括各种分级纳米结构，晶面控制和卤素混合固溶体，使BiOC1在可见光照射下有用[7, 8]。
光催化剂是H2制备的一种有效的物质。近年来，化石燃料的消耗产生了一系列环境问题，严重影响了人类生活和生态平衡。因此，开发替代能源非常迫切。由于氢能具有无污染和清洁的特点，在替代能源中应该是可行的。光催化裂解水为氢气生产提供了有效的途径。显然，半导体光催化剂材料对于从水分解产生的光催化氢是重要的。然而，光催化氢生产效率的影响因素之一是电子和空穴的高复合率。幸运的是，两种或几种形成复合材料的半导体材料的组合是解决这个问题的有效途径。因此设计新型化合物半导体光催化剂更为重要[9, 10]。最近，Jo等人报道了一种新的直接Z光催化剂CaIn2S4（万寿菊花状）/TiO2，显示出优异的光催化效率。在这种光催化剂中，低价带（VB）的宽带半导体与较高导带（CB）的窄带半导体耦合，其采用宽带半导体的导带位置接近于价态窄带半导体的带状位置形成电子和空穴的复合中心，以提高光催化效率[11, 12]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2 光催化剂的原理及其应用 1
1.3 光催化剂的合成方法 2
1.3.1一步水热法 2
1.3.2溶剂热法 2
1.3.3 燃烧法 2
1.3.4化学还原法 3
1.4 新型光催化剂的研究进展 3
1.4.1 TiO2光催化剂 3
1.4.2 新型可见光催化剂 3
第二章 实验部分 5
2.1 实验原理 5
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2.2实验药品及器材及试剂 5
2.2.1 实验药品 5
2.2.2 实验器材 6
2.2.3 实验仪器 6
2.3 样品制备 6
2.3.1 制备Bi单体 6
2.3.2 制备BiOCl 7
2.3.3 一步水热法制备Bi/BiOCl 7
2.3.4 溶剂热法制备Bi/BiOCl 7
2.3.5还原法制Bi/BiOCl 8
2.4 样品的表征 8
2.4.1 XRD分析 8
2.4.2 SEM分析 8
2.4.3 UVVis DRS分析 8
2.5 光催化降解有机染料 9
2.5.1单体Bi、BiOCl和Bi/BiOCl降解玫瑰红B 9
2.5.2 不同质量的Bi/BiOCl降解玫瑰红B 10
2.5.3 Bi/BiOCl降解MO MB RhB 10
2.5.4 Bi/BiOCl在可见光下降解不同浓度的RhB 11
2.5.5用不同制备方法制备的Bi/BiOCl降解玫瑰红B 11
2.5.6 自由基捕获实验 12
2.5.7 催化剂Bi/BiOCl的稳定性研究 12
第三章 结果与讨论 14
3.1 样品的结构分析（XRD) 14
3.2 样品的形貌分析（SEM) 14
3.3样品的漫反射光谱（UVVis DRS) 15
3.4 光催化降解有机染料 16
3.4.1 单体Bi、BiOCl和Bi/BiOCl降解玫瑰红B效果 16
3.4.2不同质量催化剂降解RhB效果 17
3.4.3 相同催化剂降解不同染料效果 18
3.4.4相同光催化剂降解不同浓度染料效果 19
3.4.5用不同制备方法制备的Bi/BiOCl降解玫瑰红B 20
3.4.6捕获实验 20
3.4.7稳定性实验 21
结论 22
致谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1引言
光触媒是处理能源危机和环境问题的一种有用技术,因其能够利用太阳能。 光催化过程包括通过适当的辐射源激活纳米/微尺寸半导体颗粒。在照射期间，在价带和半导体的导带分别产生空穴和电子，这导致其表面上可能发生许多氧化还原反应，例如有机污染物的光降解，水分解为H2或O2，减少有毒的Zn2+和CO2。然而，大多数光催化剂只能在紫外线区域吸收太阳光，这限制了其应用。现在，已经开发了许多可见光驱动的半导体[1, 2]。
近来，已经对BiVO4，BiOX（X=Cl，Br，I），Bi2WO6 和Bi2MO6等系列Bi系光催化剂引起了极大的关注。在这些Bi系光催化剂中，具有层状结构的BiOCl具有独特的催化性能[3, 4]。
1.2 光催化剂的原理及其应用
光催化剂对水和空气污染的处理有一定作用。半导体光催化剂长期以来一直用于减轻水和空气中有毒污染物引起的环境恶化。氧化铋（BiOC1）是一种有希望的半导体光催化剂，已被广泛地用于空气净化，水净化和光催化水分解的研究[3]。 BiOC1具有由[C1BiOBiCl]片组成的四方分层结构，其通过沿着c轴的Cl原子通过非键合相互作用堆叠在一起[5, 6]。据悉，垂直于Cl层和氧化铋基萤石样层的强烈的内部静电场使得能够有效分离光致电子空穴对，这提高了光催化性能。由于其能量带隙大（3.46 eV），BiOC1在紫外（UV）光照条件下具有良好的光催化性能，但不能在可见光照射下进行，这限制了太阳光的有效利用及其在有机光降解中的实际应用污染物。不幸的是，紫外光占到达到地球表面的太阳能的不到5%。因此，在过去几年中，已经大力发展可见光驱动光催化剂，可以最大限度地利用清洁，安全和丰富的太阳能。采用许多方法，包括各种分级纳米结构，晶面控制和卤素混合固溶体，使BiOC1在可见光照射下有用[7, 8]。
光催化剂是H2制备的一种有效的物质。近年来，化石燃料的消耗产生了一系列环境问题，严重影响了人类生活和生态平衡。因此，开发替代能源非常迫切。由于氢能具有无污染和清洁的特点，在替代能源中应该是可行的。光催化裂解水为氢气生产提供了有效的途径。显然，半导体光催化剂材料对于从水分解产生的光催化氢是重要的。然而，光催化氢生产效率的影响因素之一是电子和空穴的高复合率。幸运的是，两种或几种形成复合材料的半导体材料的组合是解决这个问题的有效途径。因此设计新型化合物半导体光催化剂更为重要[9, 10]。最近，Jo等人报道了一种新的直接Z光催化剂CaIn2S4（万寿菊花状）/TiO2，显示出优异的光催化效率。在这种光催化剂中，低价带（VB）的宽带半导体与较高导带（CB）的窄带半导体耦合，其采用宽带半导体的导带位置接近于价态窄带半导体的带状位置形成电子和空穴的复合中心，以提高光催化效率[11, 12]。
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