论文部分内容阅读
半导体光催化技术和光催化材料是解决当前能源匮乏和环境污染的有效手段和研究热点。在众多光催化材料中，钼酸铋具有简单的奥里维里斯(Aurivillius)层状结构，良好的可见光响应能力，在环境污染物处理、太阳能光解产氢、气敏传感等方面都表现出优异的性能。但是，钼酸铋光催化剂距离实际应用仍有不少技术瓶颈，如优化合成工艺、设计和制备新的催化剂结构、进一步提高可见光催化性能。本文将着眼于光催化性能优化，研究了表面活性剂对水热法、溶剂热法合成钼酸铋形貌和催化性能的影响，并通过纳米银负载和半导体Bi2S3复合两种方式进一步提高钼酸铋的可见光催化性能，主要的研究内容和结论如下： 为分析表面活性剂对钼酸铋合成、结构与性能的影响，采用不同表面活性剂，通过水热法优化制备了Bi2MoO6纳米片。研究了表面活性剂种类(CTAB、KBr、PVP、PEG)对Bi2MoO6片状结构的影响，并探讨了其生长机理，其中采用CTAB可以获得均匀的钼酸铋纳米片。当CTAB=0.15 g时，合成的纳米片厚度仅为5～15 nm，比表面积为20.551m2/g。与钼酸铋纳米粉体相比，CTAB辅助制备的钼酸铋纳米薄片具有更强的光吸收，低的禁带宽度和更优的光催化活性，3 h光照后，亚甲基蓝(MB)降解率达到81%。 以CTAB为表面活性剂，采用乙二醇/水混合溶剂热法进一步合成了花簇状Bi2MoO6微米球。Bi2MoO6微米花簇球是由厚度为10～20 nm的纳米片自组装而成的。通过改变混合溶剂比可以实现Bi2MoO6微米球的形貌和尺寸调控，分析了花簇状微米球生长机理。EG:H2O=8:2时，合成的Bi2MoO6花簇状中空结构比薄片和花簇状微米球具有更优的光催化活性，3 h光照后，MB降解率达到98%。 基于上述混合溶剂热法，分别通过一步溶剂热法和光致还原法合成了Ag负载的Ag/Bi2MoO6复合纳米材料。结果表明，采用一步溶剂热法制备的中空球状Ag/Bi2MoO6(Ag=6wt%)较光致还原法制备的样品具有更窄的禁带宽度，因而拥有更优的可见光吸收效果，在此基础上进一步探讨了中空球生长机理。以一步溶剂热法制备的Ag/Bi2MoO6样品为光催化剂，经3 h光照后，MB降解率达到90.2%。 基于混合溶剂热法，通过一步溶剂热法制备了纳米棒-微米球Bi2S3/Bi2MoO6复合结构。这种结构中，光生电子可以在Bi2S3和Bi2MoO6形成的界面上传输，使光生电子-空穴对能够得到有效分离，提高载流子的迁移速率。制备的Bi2S3/Bi2MoO6复合结构的光催化性能明显优于相同条件下制备的Bi2MoO6微米球，经3 h光照后，MB的降解率达到83%。