SrTiO3耦合γ-Bi2O3和ZnIn2S4异质结制备及其光催化性能研究

作     者：王永 

作者单位：河北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑树凯;李洋

授予年度：2023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：SrTiO3 Bi2O3 ZnIn2S4 部分相变 光催化降解 

摘      要：SrTiO具有简单的立方空间群和良好的结构稳定性,是一种优良的光催化材料。然而光生电子和空穴迁移率低,且易于复合,导致光催化性能低。本文通过SrTiO原位生长γ-BiO和ZnInS,制备双Z型SrTiO:γ/α-BiO和ZnInS/SrTiO/In(OH)异质结,极大的提升了双酚A、诺氟沙星、洛美沙星和氧氟沙星的光催化降解效率。当γ-BiO和SrTiO异质结原位生长后,γ-BiO部分转化为α-BiO,形成三相异质结构SrTiO:γ/α-BiO。使用最佳样品时,诺氟沙星和双酚A的光催化降解速率分别为0.13 min和0.09 min,比之前报道的任何其他催化剂都快得多。在五次循环试验中,诺氟沙星和双酚A的降解速率分别高于0.11 min和0.08 min,同时样品具有良好的结构稳定性。超快的光降解速率来自于部分相变诱导双Z型能带形成,实现电荷载流子的双向转移以加速其分离。SrTiO导带电位-1.6 V和γ/α-BiO价带电位2.3/1.75 V被保留,以生成O、OH和空穴,用于光催化降解。通过质谱分析给出了这两种污染物的降解路径,最终产物通过大肠杆菌的生长探索其毒性。采用原位生长ZnInS耦合SrTiO形成异质结,在样品制备过程中ZnInS部分相变为In(OH)。通过X射线衍射、透射电镜、拉曼、扫描电镜、EDS以及XPS能谱进一步表征,证实了异质结的形成。30分钟紫外光照射后,最优样品对洛美沙星和氧氟沙星的降解效率分别达到86%和88%。催化剂质量、污染物浓度、水体和p H对光催化活性都有不同程度的影响。五次循环测试表明ZnInS/SrTiO/In(OH)具有卓越的结构稳定性和可重复利用性。基于实验表征,光催化剂高活性主要归因于异质结加快光生电荷分离。部分相变为设计具有多界面电荷载体转移的高活性异质结催化剂提供了一种新的思路。