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随着全球工业化进程的不断推进,越来越多裹挟着大量难降解有机污染物的工业废水被失控排放,这对原本就稀缺的自然水环境造成了严重污染,加剧了淡水资源的进一步短缺。有鉴于此,水处理工作者亟待寻求各类经济适配和先进高效的水和废水处理方法,以期有效处理各类难降解废水。TiO2作为有一种安全高效、无毒无害、来源广泛、廉价易得的光催化剂,可利用光源完成对废水的降解,自1972年应用于环境领域以来,被认为是最有前景的光催化剂之一。但是TiO2也存在一些固有的缺陷,诸如光谱响应范围过窄、光生电子-空穴复合率过高、难以回收利用等等,凡此种种,都不同程度限制了 TiO2向工业化迈进的脚步。因此,探求不同方法对TiO2进行改性,拓宽其光谱响应范围,改变其形态形貌,提高其光生载流子的利用率一直是广大科研工作者努力的方向。基于上述原因,在本文中以实验室自制TiO2纤维为基底材料,采用半导体耦合法,开发了一系列Bi系材料改性的TiO2纤维,并成功合成了全固态Z型异质结 Ag-Bi12O17Cl2/TiO2 纤维、Ultrathin-Bi12O17Cl2/Ag/TiO2 纤维和直接 Z 型异质结BiOBr/TiO2纤维、BiOI/TiO2纤维。具体研究内容如下:(1)采用溶剂热法辅之以光致还原沉积法,以实验室自制氧缺陷TiO2纤维为基底材料,制备出全固态Z型异质结Ag-Bi12O17Cl2/TiO2纤维。在制备过程中,以TiO2制备过程中副产物Cl-为原料,实现自产自销;光致还原银纳米颗粒(Ag NPs)选择性沉积在Bi12O17Cl2与TiO2的界面处和Bi12O17Cl2的表面上,不同位置的AgNPs分别发挥了电子-空穴媒介和表面等离子体共振(SPR)效应。前者改变光生电子-空穴的流向,增加光生载流子的分离和转移效率:后者拓宽光谱响应范围,增加光生电子数量,二者协同提升半导体的光催化性能。另外,通过XRD、SEM、TEM、XPS、EIS、光生电流密度测试等手段对催化剂进行表征,证明合成催化剂的良好性能。利用捕获实验、ESR对光催化机理进行探讨,证明所合成的Ag-Bi12O17Cl2/TiO2纤维为全固态Z型异质结半导体。最后,利用其在可见光下对偶氮染料活性艳红X-3B的降解速率评价Ag-Bi12O17Cl2/TiO2的光催化性能,其90 min内的降解效率达到了98%,分别是单体Ti02和Bi12O17Cl2降解效果的5.4与1.4倍,并且循环试验证明了其具有良好的稳定性。(2)针对上一章Ag NPs选择性沉积在Bi12O17Cl2表面的现象进行深入研究,开创了“改进的离子插层法”,制备出了 Ultrathin-Bi12O17Cl2纳米片,并以此修饰Ti02纤维,制备了 Ultrathin-Bi12O17Cl2/Ag/Ti02纤维。“改进的离子插层法”是基于Bi12O17Cl2特殊的[Bi12017]2+-[Cl]2-层状结构,Bi12O17Cl2游离出的Cl-可与AgNO3溶液中的Ag+生成AgCl沉淀,再辅之以光致还原过程将Ag+还原为AgNPs,如此就让AgNPs进入到Bi12O17Cl2的片层之间对其实现剥离。采用BET分析可知,剥离之后的Ultrathin-Bi12O17Cl2比表面积增加57.4%,达到19.2m2/g,其孔径总体积增加了 1 06.2%,达到0.033 cm3/g。再结合TEM分析可知,我们得到了平均厚度为4-8 nm的Ag-Bi12O17Cl2纳米片,这表明我们成功对体相Bi12O17Cl2完成了剥离,使其暴露了更多的活性位点。另外,利用PL分析,证明所合成的Ultrathin-Bi12O17Cl2/Ag/TiO2纤维显著抑制了光生载流子的复合,提升了光生电子-空穴的利用率。最后,通过其在可见光下对偶氮染料活性艳红X-3B的降解速率评价Ultrathin-Bi12O17Cl2/Ag/TiO2的光催化性能,其具有良好的光催化活性,分别是单体TiO2和Bi12O17Cl2降解效果的5.5与1.4倍,并且循环试验证明了其具有良好的稳定性。(3)为了进一步优化TiO2纤维可见光捕获能力并缩短合成工艺,节约成本,本章在前两部分合成全固态Z型异质结的基础上,摒弃贵金属Ag NPs的使用,分别以十六烷基三甲基溴化铵和碘化钾为Br源和I源,通过溶剂热法合成了直接Z型异质结BiOBr/TiO2纤维和BiOI/Ti02纤维。本章利用p型半导体BiOBr与BiOI分别修饰TiO2纤维,以不同半导体类型耦合增加半导体之间的结合力。此外,由于不同半导体费米能级之间的差异,二者耦合之后会发生能带弯曲,这是形成直接Z型异质结的根本原因。通过SEM、TEM、EDX分析可知,我们成功合成了形态良好的BiOBr/TiO2纤维。通过DRS、Mott-Schottky测试了TiO2、BiOBr的禁带宽度及导带、价带的电位,再结合XPS价带分析,测定了 TiO2、BiOBr费米能级的位置,分别为+0.28 eV、+1.15 eV。另外,利用所合成样品在可见光下对偶氮染料活性艳红X-3B的降解速率评价其光催化效果,BiOBr/TiO2纤维在60 min内降解效率达到了 93%,分别是单体TiO2和BiOBr降解效率的7.2与1.8倍,并且循环试验证明了其具有良好的稳定性。但BiOI/TiO2纤维的催化效果却不尽如人意,这为我们后续优化设计、探索新工艺提供了方向。最后,通过捕获实验及ESR分析对其光催化机理进行探讨,证明我们成功合成了直接Z型异质结。