【摘 要】
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光催化降解技术在过去几十年里已经逐渐成为一种先进的氧化技术,其通过吸收光能使染料降解而备受关注。除了光以外,振动能也是自然界的一种新型清洁能源,例如水的流动产生的振动能等。压电催化作为一种新型催化方式,可以通过压电效应实现污染物的降解,在这一过程中将振动能转化为电能。在振动时会引起材料的弯曲形变,从而在材料的两侧出现正负电荷,正负电荷将会与溶液中氧气和氢氧根反应生成活性物,最后使染液降解,这一新型
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光催化降解技术在过去几十年里已经逐渐成为一种先进的氧化技术,其通过吸收光能使染料降解而备受关注。除了光以外,振动能也是自然界的一种新型清洁能源,例如水的流动产生的振动能等。压电催化作为一种新型催化方式,可以通过压电效应实现污染物的降解,在这一过程中将振动能转化为电能。在振动时会引起材料的弯曲形变,从而在材料的两侧出现正负电荷,正负电荷将会与溶液中氧气和氢氧根反应生成活性物,最后使染液降解,这一新型催化方式的研究为环境保护提供了新方向。近年来铋基催化剂大多停留在催化剂合成方面,对提高催化性能方面的研究较少。钙钛矿型BiFeO3是具有典型铁电和反铁磁特性的重要氧化物之一,目前BiFeO3薄膜和铁电陶瓷研究报道较多,而有关BiFeO3的复合材料在压电催化领域的应用较少。BiVO4材料的优点包括空穴扩散距离长（60 nm）、载流子寿命较长（40 ns）、适合的带隙（2.4-2.5 e V）、明确的电子结构、在紫外区和可见光区都有响应等,在紫外区的光催化降解较少有人研究。因此本论文选择铋基氧化物中的BiFeO3研究其压电性能,选择BiVO4研究其光催化性能。本工作主要研究内容如下:1)研究了BiFeO3/C复合材料在超声振动下压电催化降解染料的性能。通过水热法成功制备出铁酸铋复合材料,并利用XRD和SEM对材料的相结构和形貌表征,结合EDS和XPS测试,结果表明碳球与BiFeO3成功复合。通过改变碳球的质量分数,研究了BiFeO3/C复合材料在超声波激励下的压电催化降解罗丹明B染液的性能。结果表明,加入质量分数为2%的碳球有效提高了BiFeO3的压电催化降解Rh B的性能,降解率为75%。通过活性物检测实验证明压电催化过程中产生的羟基自由基和超氧自由基对催化性能的提升起到重要作用,循环利用实验证明了BiFeO3/C复合材料具有良好的回收利用性能。2)研究BiFeO3/ZnO复合材料在超声振动下对染料压电催化的降解性能。通过水热法制备出不同铋锌摩尔比的BiFeO3/ZnO复合材料,分别利用XRD和SEM对复合材料的相结构与形貌进行表征。通过改变铋锌比,研究BiFeO3/ZnO复合材料在超声作用下压电催化降解Rh B溶液的性能,结果表明BiFeO3/ZnO（Bi:Zn=1:0.2）对Rh B溶液的降解率最优,为92.7%,与前一章BiFeO3/C压电催化性能对比提升了17.7%。另外对催化剂进行回收利用实验测试,经过三次循环实验,发现催化剂压电催化降解性能变化不大,表明BiFeO3/ZnO复合材料压电催化剂具有良好的稳定性。3)研究CQDs/BiVO4复合材料在紫外光照下光催化染料的降解性能。通过水热法将碳量子点生长在BiVO4表面,利用XRD和SEM测试对复合材料的结构与形貌进行表征,进一步通过EDS面扫和XPS分析结果证明CQDs与BiVO4成功复合。通过改变碳量子点水溶液的量,实验进一步研究CQDs/BiVO4复合材料在紫外光照下对亚甲基蓝溶液降解情况。结果表明,16CQDs/BiVO4复合材料对MB溶液的降解性能最优,为88.4%。在经过三次循环实验后,发现光催化降解MB溶液的降解率没有明显变化,证明CQDs/BiVO4复合材料催化剂具有良好的可回收利用性能。
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