钨酸铋基光催化材料的制备及其降解有机染料的性能研究

作     者：张云涛 

作者单位：成都大学 

学位级别：硕士

导师姓名：万国江;罗文波

授予年度：2024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）] 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：钨酸铋 二氧化钛 氯化银 异质结 光催化 

摘      要：随着印染工业的迅速发展,印染废水中的污染物质被越来越多的释放到水环境中,对环境造成了恶劣影响。光催化降解技术可利用太阳光将染料彻底分解,在处理印染废水方面具有广阔的应用前景。近年来,钨酸铋（BiWO）因其独特的形貌结构和良好光响应范围而受到研究学者的广泛关注。但纯的BiWO存在比表面积小、可见光利用率低、光生载流子易复合等问题,限制了其在光催化领域的应用。因此,围绕BiWO材料通过与其他半导体材料复合构建异质结以提高其光催化效率具有重要意义。本文制备了BiWO/TiO、AgCl/BiWO和AgCl/BiWO/TiO复合材料,通过一系列表征手段对样品的物相组成、形貌及光学性能进行分析,同时以罗丹明B（RhB）作为目标降解物,探讨其光催化反应机理,主要研究内容如下: （1）通过水热法和物理混合法制备了不同质量比的BiWO/TiO复合材料。以模拟太阳光照射下降解RhB来评价其光催化性能。结果表明,当BiWO和TiO的质量比为1:4时,BiWO/TiO复合材料表现出了最高的光催化活性,光照30 min内对RhB的降解率达到95.2%。BiWO/TiO光催化活性的增强主要是因为异质结的构建抑制了光生电子-空穴对的复合和增大了比表面积。循环实验表明样品具有良好的循环使用性。结合捕获实验和电子自旋共振（ESR）测试进而推断出了该过程的Z型反应机理。 （2）通过原位沉淀法制备了AgCl/BiWO复合材料。探究了AgCl和BiWO质量比对AgCl/BiWO二元复合材料形貌、结构及光催化性能的影响规律。异质结的构建有助于提高光生载流子的传递效率,促进光催化降解反应过程。当AgCl与BiWO的质量比为4:1时,复合催化剂的光催化降解效率最高,在30 min内对RhB的降解率为87.5%。最后通过能带结构和捕获实验揭示了AgCl/BiWO在降解RhB的过程中的反应机理。 （3）以BiWO/TiO与AgCl/BiWO复合材料为基础,通过原位沉淀法制备AgCl/BiWO/TiO三元异质结光催化剂。结果表明,三元异质结的形成有效抑制了电子和空穴的复合,加快光生电荷的分离和迁移。从而提升了光催化活性。在光催化降解RhB的实验中,三元异质结光催化剂30 min内对RhB的降解率为99.4%。其一级反应速率常数为0.156 min,分别是纯BiWO(0.009 min)、TiO(0.006 min)和AgCl(0.030 min)的10.2倍、15.4倍和3.3倍。通过捕获实验揭示了ABT参与光降解RhB过程的主要活性物种为·O和h,结合ESR和能带结构分析,推断出AgCl/BiWO/TiO三元复合材料在降解过程中的反应机理。