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基于二维钨酸铋的高效光Fenton催化体系的构建及效能调控

基于二维钨酸铋的高效光Fenton催化体系的构建及效能调控

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作者：张开来延安大学

学位级别：硕士

多种高级氧化技术(AOPs)联用因在处理环境水体中的污染物中具有高效,简单易行,成本低廉的优势,引起了研究者的持续关注。其中,光芬顿(Fenton)催化技术结合了光催化和Fenton催化的优点,成为热点研究课题。当前,高效光催化剂的设计构筑成... 详细信息

多种高级氧化技术(AOPs)联用因在处理环境水体中的污染物中具有高效,简单易行,成本低廉的优势,引起了研究者的持续关注。其中,光芬顿(Fenton)催化技术结合了光催化和Fenton催化的优点,成为热点研究课题。当前,高效光催化剂的设计构筑成为光Fenton催化体系开发的关键所在。biwo作为光催化材料具有能带结构能量合适,成本低,催化性能好等优点,因此在光催化废水处理中引起了广泛的关注。然而其依然存在可见光利用率低和光生电子和空穴对复合率较高的缺点。这限制了其大规模的工业应用。本文将biwo光催化剂与具有类Fenton催化性能的过渡金属氧化物、硫化物半导体耦合,构筑非均相光Fenton催化剂体系,通过使用XRD,XPS,SEM/TEM,EDX,UV-Vis-DRS,VB-XPS,PL,TR-PL和ESR等测试技术分别对样品的结构,形貌,光学性质、能带结构、降解机理进行分析,最终利用增强的电子-空穴分离能力及加快的高价金属到低价金属的还原能力来协同增强其光催化活性和Fenton催化活性。本论文得出的主要结论如下:1. 利用钨酸钠,硝酸铋,CTAB辅助一步水热法制备了二维(2D)biwo纳米片,然后通过室温浸渍法成功将非晶态零维(0D)Fe OOH量子点(QDs)沉积在biwo纳米片表面,获得异质结构(Fe OOH/biwo)。原位电子顺磁共振谱(ESR)证实·OH和·O活性自由基是促进有机污染物降解的主要活性物种。活性实验结果表明:Fe OOH QDs和biwo的协同作用使光生电子从biwo转移到Fe OOH QDs上,并加速光生电子将Fe(III)还原为Fe(II),从而提高了Fe OOH/biwo复合催化剂的光Fenton催化活性。2. 通过原位组装策略实现2D CuS纳米片在2D biwo表面的原位生长,成功构建Type-II型异质结,促进了催化剂光生载流子的分离效率。同时,biwo与CuS的表面耦合显著加速Cu(II)到Cu(I)的循环,并提高了CuS在Fenton反应中的稳定性,进而提高了其催化活性。3. 采用二次溶剂热法设计并构筑了Type-II型CuCoS/biwo异质结,其对四环素盐酸盐(TC-HCl)具有优越的光Fenton催化降解性能。独特的2D/2D异质结可以有效地提高光生载流子的分离和转移,并进一步促进Co(III)到Co(II)的转化,从而显示出高效的光Fenton催化活性。4. 通过二次溶剂热法成功合成了新型2D/2D CuZn Sn S/biwo(CZTS/Bwo)Type-II异质结构。光催化活性结果表明:所制备的CZTS/Bwo异质结对罗丹明B(Rh B)具有优异的光催化降解性能。此外,添加过氧化氢(HO)可以进一步提高其催化性能。结合催化剂的能带结构对催化体系的光Fenton催化机理进行初步探索。

关键词： AOPs 二维片状bi2wo6 表面改性异质结光Fenton催化

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