钨酸铋基异质结制备及光催化性能研究

作     者：刘雅欣 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王东博

授予年度：2022年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 07[理学] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

主      题：Bi2WO6 光催化降解 微观形貌 异质结 

摘      要：当今世界高速发展带来的环境污染问题亟待解决。为了更高效利用自然资源,解决环境污染问题,研究人员们将目光放在了光催化领域。在第一代光催化材料的基础上,研究人员们不断探究新型的光催化机制,也发展出很多具有潜力的光催化材料体系。BiWO作为新型铋基光催化剂,具有高效、无毒、低成本、弥散的价带、特殊的晶体结构等优点,但也具有可见光利用率低、活性位点不足等问题。为了充分发挥出BiWO作为光催化剂的优势,需要对它进行改性。本文主要的研究包括BiWO的形貌调控、Bi OI/BiWO及g-CN/BiWO异质结构建,并探究其光催化机理。具体研究内容如下:(1)BiWO的形貌调控及光催化性能研究:通过水热法合成BiWO并在其合成过程中分别加入梯度含量的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)分别作为阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂以调控出不同形貌的BiWO。对不同形貌的BiWO分别通过XRD,SEM,XPS,紫外-可见漫反射测试对材料的晶体性质、表面形貌以及光学性质进行表征。并同时进行了光催化能力的测试,探究其形貌对Rh B的降解效率的影响以及光催化机制。(2)Bi OI/BiWO异质结制备及光催化性能研究:通过两步水热法合成不同比例的Bi OI/BiWO材料,分别进行了XRD,SEM,XPS,Raman,UV-Vis DRS对材料的晶体性质、表面形貌以及光学性质表征。进行光催化及自由基捕获实验。测试材料光催化性能及机理。其中复合比例为1:3摩尔比的Bi OI-BiWO复合材料在120 min内的催化效率是纯Bi OI的4.0倍,纯Bi2WO6的3.2倍。将Bi OI/BiWO异质结性能提升的原因总结为以下三点:异质结对可见光吸收能力增强;光催化反应符合Ⅱ型异质结光催化剂机制,实现了电子和空穴在空间上的分离,减小了复合可能;界面处p-n结的自建电场加速了电子-空穴对的分离。(3)g-CN/BiWO异质结制备及光催化性能研究:采用两步水热法,成功制备出了不同质量比的BWN样品。分别进行了XRD,SEM,XPS,Raman,UV-Vis DRS对材料的晶体性质、表面形貌以及光学性质表征。根据光催化实验以及降解动力学拟合可知,效率最高的3BWN样品反应速率是纯g-CN的6.5倍,纯BiWO的3.9倍。将g-CN/BiWO异质结性能提升的原因总结为以下四点:半导体复合光催化材料对可见光的光吸收能力增强;光催化反应符合Ⅱ型异质结光催化剂机制,实现了电子和空穴在空间上的分离,减小了复合可能;材料的发光得到改善,激子解离效率提高;g-CN是强n型半导体,且具有很深的氧化电位,提供了很多高能电子,并转换成大量超氧自由基发挥作用。