BiOI光催化剂的稳定性及BiOBr(Cl)的性能强化研究

摘要 ........................................................................................................................................... I ABSTRACT .............................................................................................................................. V 第一章绪论 (1)

1.1引言 (1)

1.2半导体光催化的原理 (2)

1.3半导体光催化活性的影响因素 (4)

1.3.1光催化剂的能带结构 (4)

1.3.2光催化剂的粒径和比表面积 (6)

1.3.3 光催化剂的稳定性 (7)

1.4半导体光催化剂性能提高的策略分析 (9)

1.4.1半导体复合 (9)

1.4.2离子掺杂 (11)

1.4.3贵金属沉积 (12)

1.4.4表面光敏化 (12)

1.5 BiOX (X = Cl, Br, I)光催化剂简介 (14)

1.6本论文的选题依据和研究内容 (16)

1.6.1选题依据 (16)

1.6.2研究内容 (17)

参考文献 (20)

第二章实验部分 (29)

2.1实验试剂 (29)

2.2实验仪器 (29)

2.3催化剂的表征方法 (30)

第三章BiOI光催化剂在水相中的稳定性研究 (33)

3.1引言 (33)

3.2实验部分 (35)

3.2.1 BiOI光催化剂的制备 (35)

3.2.2光催化活性测试 (35)

3.3 结果与讨论 (36)

3.3.1物相与结构分析 (36)

3.3.2形貌分析 (36)

3.3.3光吸收性能分析 (37)

3.3.4 X射线光电子能谱分析 (38)

3.3.5光催化活性与稳定性分析 (39)

3.3.6 BiOI晶相转化分析 (42)

3.4本章结论 (45)

参考文献 (46)

第四章BiOBr光催化剂的改性研究 (53)

4.1引言 (53)

4.2 CQDs的上转换荧光作用对BiOBr可见光催化性能及稳定性影响 (54)

4.2.1引言 (54)

4.2.2实验部分 (55)

4.2.3结果与讨论 (56)

4.2.4本节小结 (66)

4.3 BiOBr/ZnO复合光催化剂的制备及催化性能研究 (67)

4.3.1引言 (67)

4.3.2实验部分 (67)

4.3.3结果与讨论 (68)

4.3.4本节小结 (78)

4.4 BiPO4/BiOBr复合光催化剂的制备及催化性能研究 (79)

4.4.1引言 (79)

4.4.2实验部分 (79)

4.4.3光催化实验 (80)

4.4.4结果与讨论 (81)

4.4.5本节小结 (88)

4.5本章结论 (88)

参考文献 (90)

第五章BiOCl光催化剂的改性研究 (101)

5.1引言 (101)

5.2 R-TiO2/BiOCl复合光催化剂的制备及催化性能研究 (102)

5.2.1引言 (102)

5.2.2实验部分 (102)

5.2.3结果与讨论 (103)

5.2.4本节小结 (113)

5.3 BiPO4/BiOCl复合光催化剂的制备及催化性能研究 (114)

5.3.1引言 (114)

5.3.2实验部分 (115)

5.3.3结果与讨论 (116)

5.3.4本结小结 (123)

5.4本章结论 (124)

参考文献 (125)

第六章结论与展望 (135)

6.1全文总结 (135)

6.2论文主要创新点 (137)

6.3工作展望 (137)

致谢 (139)

攻读学位期间取得的成果 (141)

XII

第一章绪论

1.1引言

近年来，随着社会经济的快速发展，以及化石能源的过度消耗导致污染物的大量排放，严重威胁着人类的生存和发展。尤其是近年来我国雾霾天气和水污染的问题频繁出现，严重影响到人们的生活和健康，开发和利用太阳能是解决这一难题的有效方法之一。我国太阳能资源非常丰富，据专家介绍，大多数地区年平均日辐射量在４kW·h/m2以上。与同纬度的其他国家相比，跟美国相近，比欧洲、日本优厚得多，我国的太阳能资源理论储量每年近17000亿吨标准煤。在1972年，日本科学家Akka Fujishima和Kenichi Honda[1]在Nature杂志上发表了在近紫外光照射下，在TiO2电极和金属电极构成的电池中可以析出氢气和氧气，其文中提出的将太阳能结合半导体光催化剂进行光解水制氢被认为是最佳制氢途径之一。在1997年Fujishima和Hashimoto 发表在Nature上，提出了将TiO2光催化剂应用于环境净化方面的设想方案，并引起了环保技术的全新革命[2]。半导体光催化技术可以利用太阳能分解水制氢、降解有毒有机污染物、选择性转换有机物、以及将CO2还原成其他碳燃料等，已被认定为一种高效、绿色和很有发展前景的实现能源替代和环境净化的技术[3]，这种能将太阳能转化为化学能的方法迅速成为极具吸引力的研究方向。

研究者们对光催化技术目前已开展的工作主要包括：探索反应机制，设计和制造反应器/新型光源，鉴别降解中间产物及最终产物，合成新型光催化剂及载体或对其进行修饰，探索光催化技术与其他技术的耦合等。在过去的40年里，科研工作者开发出了各种各样的半导体光催化剂用于光催化领域。这些光催化剂主要包括：ZnO、ZnS、CdS、Ta2O5、SrTiO3等一系列半导体金属氧化物和硫化物以及复合氧化物的光催化活性均已被系统的研究[4]，人们对这些光催化剂的光催化现象及光催化机理的认识逐渐加深。但是，它们大多都只在紫外光照射下有光催化活性，然而紫外光仅占太阳能光谱范围的5%(见图1-1)，因此极大的限制了其对太阳能的利用效率。为此科研工作者一方面着手开发一些有效的改性方法来提高原有光催化剂的可见光催化活性，例如采用半导体耦合形成异质结、金属修饰、染料敏化、阴/阳离子掺杂等方式；另一方面致