BiOI基复合光催化材料的制备及其性能研究

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在众多的光催化剂中,BiOI光催化剂是一种具有层状结构的半导体材料,有很好的化学稳定性,其带隙仅为1.8eV,是一种非常理想的可见光响应型光催化剂,但由于其光诱导电子和空穴易于重组而大大限制了纯BiOI的广泛应用。大量文献显示,合成BiOI基复合光催化剂是解决光生电子空穴重组的有效途径。基于此,本文以BiOI为基础,采用微波台成法制备了四种BiOI基复台光催化剂,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(RAMAN)、荧光光谱(PL)、红外光谱(FT-IR)和紫外可见漫反射(UV-vis DRS)等对所制各的复合光催化剂进行了结构表征和性能分析,通过可见光下有机污染物的去除率评价了所制备的光催化剂的性能,并讨论了不同复合催化剂的光催化活性机理。主要的实验结果如下:
  (1)采用机械混合法和一步微波溶剂热法分别合成了BiOI和还原石墨烯(GOr)的复合物BiOI/GOr-1和BiOI/GOr-2。所制备催化剂的光催化性能通过降解亚甲基蓝(MB)和左氧氟沙星(LEV)来评价。结果表明制备方法、GOr掺杂量、不同pH下的左氧氟沙星(LEV)溶液、不同含量的催化剂等实验参数是影响光催化过程的主要因素。其中,BiOI/GOr-2具有最好的可见光光催化活性。
  (2)通过一步微波溶剂热法制备了一种新型的可降解有机污染物且带有磁性γ-Fe2O3修饰的复合光催化剂γ-Fe2O3/BiOI。与纯BiOI相比,所制备的γ-Fe2O3/BiOI复台催化剂对甲基橙(MO)和磺胺吡啶(SASP)具有更好的可见光催化活性,其光催化降解MO的降解率达到67.6%,对SASP的降解率达64.1%,高于纯BiOI的35.0%和34.3%。
  (3)采用微波溶剂热法成功的合成了α-Fe2O3/BiOI异质结复合光催化剂,该复合物催化降解MO降解率达到51.7%,对四环素(Tc)的降解率达到65.3%,呈现出优异的催化性能。增强的光催化性能归于在α-Fe2O3和BiOI二者之间形成p-n异质结。
  (4)利用多壁碳纳米管(MWCNT)的中空、导电的特性,成功合成了BiOI-MWCNT复台物,其可见光下对MO的降解率达到90.1%(60min),MWCNT的存在可以有效提高复合物的催化效率,这是由于MWCNT的加入抑制了BiOI光生电子空穴的复合。
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