Bi2WO6基光催化材料的可控合成及光催化性能研究

作     者：赵雅晴 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孟献丰

授予年度：2022年

学科分类：081704[工学-应用化学] 081705[工学-工业催化] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 0703[理学-化学] 

主      题：光催化 钨酸铋 电荷分离 光催化性能 

摘      要：借助半导体光催化技术以解决当前面临的世界能源短缺和生态环境恶化问题具有十分重要的现实意义。光催化技术拥有多种用途并针对水污染、全球气候变暖、全解水等领域提供了切实可行的优选方案。在诸多常见半导体中,Aurivillius相半导体钨酸铋(BiWO)凭借其自身的可见光响应、无二次污染、制备方法简单等优点脱颖而出。然而,尽管其由于一系列优点被争相报道,但是单一的纯相BiWO存在光生载流子复合过快、氧化还原能力不足等弊端使得部分科研工作荆棘载途。因此,研究可控的BiWO改性手段实现光催化反应过程中光生载流子的有效分离,光吸收边缘的显著拓宽,成为了优化BiWO性能的一大助力。基于此,本文以BiWO为基体研究材料,通过对其调控制备了具有优异光催化性能的新型BiWO及其复合材料,具体研究内容如下:(1)以BiO为诱导剂,调节其含量及水热反应条件实现了BiWO从二维(2D)片状到三维(3D)银耳状的转变。银耳状BiWO(TBW)样品拥有较高的比表面积,为光催化降解和CO还原反应提供了更多的表面活性位点。TBW3展示出了最佳的光催化性能,对罗丹明B的降解率在10 min内达到100%,还原反应中CO的生成量也达到13.12μmol g·h。此外,实验结果表明在3D银耳状BiWO的构建过程中,BiO的引入形成了氧空位,这种缺陷工程的存在能够形成电子捕获,提高光生载流子分离与迁移速率,益于提升反应过程中的自由电荷的利用率。(2)以油胺作为表面活性剂制备了Cu掺杂BiWO材料,油胺修饰后的Cu掺杂BiWO材料具有尺寸均匀、形状统一的形貌。借助EDS分析与高分辨X射线光电子能谱分析了表面的Cu的化学态,证实了Cu均匀分散在BiWO纳米板上。其次,Cu的掺杂不仅促进BiWO光催化剂的吸收边由449 nm红移至488 nm左右,减小了带隙,还延缓了光生载流子的复合,提高了光催化CO还原活性。Cu掺杂量为4%的BiWO样品,其CO产率达到10.1 umol·g·h。(3)基于石墨相氮化碳(g-CN)良好的化学稳定性、廉价无毒等优点,采用静电自组装方法,合成了具有紧密接触界面的S构型2D/3D BiWO/g-CN异质结材料。BiWO和石墨相氮化碳(g-CN)之间强烈耦合并协同调控,形成的异质结界面有效提高光生电荷的传输能力,抑制了载流子的重组。S构型异质结的构建,充分发挥了BiWO/g-CN复合材料(CNBWO)的优异光电性能,还有效保留了良好的氧化还原能力,进而增强光催化性能;复合样品均表现出优于BiWO和g-CN的还原性能,CNBWO2的CH和CO产率分别为4.28和13.04μmol·g。