【摘 要】
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工业化和城镇化在带来经济社会高速发展的同时,也带来了严重的水污染,染料、抗生素等有害有机污染物大量排放到水体中,给生态系统和人类生存造成严重威胁。光催化技术以其绿色高效在环境修复领域引起广泛关注,然而光吸收能力差和量子效率低仍是光催化领域亟待解决的两大难题,本研究以构建可见光响应的Bi2WO6光催化体系为主线,通过形貌调控和合成异质结提升半导体Bi2WO6的光吸收能力和光生载流子的分离效率,从而实现高效的光催化性能。
(1)通过简化的水热法合成了三维分级花状Bi2WO6,采用扫描电镜(SEM)、
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工业化和城镇化在带来经济社会高速发展的同时,也带来了严重的水污染,染料、抗生素等有害有机污染物大量排放到水体中,给生态系统和人类生存造成严重威胁。光催化技术以其绿色高效在环境修复领域引起广泛关注,然而光吸收能力差和量子效率低仍是光催化领域亟待解决的两大难题,本研究以构建可见光响应的Bi2WO6光催化体系为主线,通过形貌调控和合成异质结提升半导体Bi2WO6的光吸收能力和光生载流子的分离效率,从而实现高效的光催化性能。
(1)通过简化的水热法合成了三维分级花状Bi2WO6,采用扫描电镜(SEM)、X射线能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)等手段对所得材料的形貌、组成、结构进行表征,光催化性能实验结果表明,花状Bi2WO6对四环素(TC)、恩诺沙星(ENR)和罗丹明B(RhB)的光降解效率分别达到60.43%、62.70%和50.06%。
(2)通过沉积-沉淀法将不同比例的AgBr纳米颗粒(5wt%、10wt%、20wt%和40wt%)负载到分级花状Bi2WO6球表面,制得Z型AgBr/Bi2WO6异质结光催化剂,SEM图表明尺寸显著缩小的AgBr纳米颗粒均匀地负载到了花状Bi2WO6球表面。选定目标污染物TC评估其光催化性能,结果表明,AgBr(20 wt%)/Bi2WO6光催化剂在60min见光照射下表现出最佳四环素去除效率(87.5%);四次循环实验后,光催化活性没有明显下降,并且,详细探究了TC初始浓度、pH、共存离子和光照条件对TC光催化降解情况的影响。
(3)进一步考察AgBr/Bi2WO6异质结对TC的光降解机理,自由基捕获实验和电子自旋共振(ESR)结果表明,·OH和·O2–在TC光降解过程中起了主要作用,三维激发-发射矩阵荧光光谱(3D EEMs)分析和气象色谱-质谱光谱仪(LC-MS)分析阐明了四环素的矿化行为和详细的降解路径。AgBr/Bi2WO6异质结优越的光催化性能主要源自花状Bi2WO6结构、银纳米颗粒(Ag NPs)电子媒介和Z型异质结电子传输机制的协同效应,增强了光吸收能力、光生载流子分离效率和氧化还原能力。
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