炭诱导可控氧空位型BiOCl基光催化材料的构筑及性能增强

来源 :四川轻化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hnaylz
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光催化技术因其高效、稳定、绿色、无二次污染等优点在治理水体污染方面备受青睐。光催化技术能有效去除诸如重金属离子、抗生素、染料和酚类等有害物质。在现有的光催化剂中,BiOCl因其高效率、稳定性好和特殊的层状结构等特点而受到广泛关注。然而BiOCl作为典型的紫外光响应型光催化剂,具有较宽的禁带宽度与较快的光生载流子复合率,导致其对可见光的利用率较低,实际应用受到限制。为突破目前实际应用瓶颈,本文利用炭材料对BiOCl进行表面修饰,以水热法成功构筑可控氧空位(OVs)型BiOCl基复合光催化剂。采用X射线衍射分析(XRD)、低温电子顺磁共振谱(EPR)、X射线光电子能谱(XPS)测试对氧空位进行分析。利用表面光电压谱仪(SPS)、电化学工作站等研究光催化剂的光生电荷的分离以及转移行为。以自由基捕获实验结合羟基荧光实验、氯化硝基四氮唑蓝(NBT)-·O2-实验、电子顺磁共振(EPR)测试探明了光催化体系中起主要作用的活性自由基。以罗丹明B(Rh B)、四环素(TC)、苯酚(Phenol)、六价铬(Cr(VI))为模拟污染物,考察了可控氧空位型炭/BiOCl复合光催化剂的催化性能,并依据实验结果对其性能增强机理做出阐释。本文的主要结论如下:1.以螺旋碳纤维(SCF)修饰BiOCl,成功制备可控OVs型SCF/BiOCl复合光催化剂。OVs的构建在BiOCl价带与导带之间产生缺陷能级,促进光生电荷对分离与转移。实验结果表明:在模拟太阳光照射下,SCF/BOC-1.75对TC、Phenol和Cr(VI)的光催化比活性(Ks)分别为BOC的2.1倍、1.5倍和5.3倍;是商用Ti O2(P25)的4.8倍、11倍和21倍。2.以纳米碳纤维(CNF)修饰BiOCl,成功制备可控OVs型花球状CNF/BiOCl复合光催化剂。可控OVs的构建优化了BiOCl的能带结构,实现了CNF/BiOCl在可见光下对Rh B、TC和Phenol的高效光催化降解。实验结果表明:可见光照射下,CNF/BOC-0.5对Rh B、TC和Phenol的Ks分别是BOC的3.5倍、5.3倍和6.6倍,是P25的60.6倍、4.5倍和5.8倍。3.以酒糟为原料,在氮气氛围中炭化制得生物质介孔炭(VBC)。用VBC原位修饰BiOCl,成功制备富OVs型VBC/BiOCl复合光催化剂。OVs的存在优化了BiOCl的能带结构,加速了光生载流子的分离与转移,促进了·O2-自由基的产生。实验结果表明:可见光照射下,VBC/BOC-0.75复合光催化剂Cr(VI)的光催化还原能力优于BiOCl;VBC/BOC-0.75复合光催化剂对Rh B和TC的Ks分别是BOC的4.7倍和60.9倍,是P25的72.9倍和48.6倍。
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