新型硒酸铋及其复合物光催化剂的制备和性能

• 作 者: 吴秀琴
• 出 处: 福州大学
• 发表日期: 2017年01期
• 关键词: 硒酸铋 复合物 活性物种 光催化 可见光

Aurivillius型化合物因其独特的能带结构和较高的化学稳定性等特点,已被广泛应用于光催化领域。硒酸铋(Bi2SeO5)作为Aurivillius型化合物的一种,具有良好的介电及压电性能,其晶体结构亦为由[Bi2O2]2+反与[SeO3]2-层相间构成的层状结构。然而,获取纯相Bi2SeO5难度较大,并且其在光催化领域的应用和如何有效增强其催化性能尚未被研究。本论文以Bi2Se3为前驱体,运用热氧化法来制备纯相Bi2SeO5光催化剂,并利用窄带隙半导体AgI及g-C3N4进行复合修饰,实现了可见光响应,提高了其催化性能。得到的主要结果如下:(1)首次采用热氧化法成功制备出纯相Bi2SeO5,并作为新型光催化材料应用于污染物降解和选择性有机合成中。所制得的Bi2SeO5具有多级纳米花形貌,禁带宽度约为3.54 eV。在模拟太阳光的照射下,可实现对模拟污染物罗丹明B、双酚A、甲基橙的有效降解,在5次循环后仍保持高的活性稳定性。反应过程中的活性物种检测实验表明Bi2Se05在光催化降解罗丹明B中起主要作用的是·O2-和光生空穴。另外,在选择性氧化苯甲醇反应中,4 h内苯甲醛的产率为8.4%。(2)首次通过原位沉积的方法制备出新型AgI/Bi2SeO5纳米复合材料,实现了宽带隙Bi2SeO5的可见光响应,并且增强了光电响应,提升了光生载流子的分离效率。该复合物在可见光的照射下表现出比单一催化剂更高的光催化活性。当BI2SeO5与AgI摩尔比为1:1时具有最优异的光催化活性,经40 min可见光照射后,能完全降解罗丹明B。ESR结果证明·O2-是反应中的主要活性物种。在苯甲醇的选择性氧化中,可见光催化性能约提高了11倍。(3)为进一步开发出高稳定性可见光响应的Bi2SeO5复合光催化剂,首次通过热退火方法将g-C3N4与Bi2SeO5进行复合。在选择性氧化苯甲醇中,相比于g-C3N4的9.8%转化率和Bi2SeO5仅为1.5%的转化率来说,复合物的产率可达28.6%。在降解罗丹明B中复合物亦显示高光催化性能。该复合材料优越的光催化活性源于其具有更宽的光吸收范围、更强的光电响应和更高的电子迁移率。本论文的创新点如下:(1)首次在温和的条件下合成出纯相的Bi2SeO5并将其应用于光催化选择性有机合成和环境光催化领域,研究反应过程中活性物种,阐明其光催化作用机制。(2)首次通过窄带隙半导体的复合对宽带隙的Bi2SeO5进行修饰,拓宽了 Bi2SeO5的光响应范围,增强了光电响应性能,促进光生载流子的有效分离,最终获得高可见光光催化活性的Bi2SeO5复合材料。