论文摘要
半导体光催化,作为一种绿色处理技术,是解决全球能源危机与环境污染问题的一种有效方法。尤其是TiO2半导体光催化剂,具有高效、廉价、反应彻底和稳定性好等优点。然而,TiO2只有吸收387 nm以下波长的紫外光才能被激发,而紫外光只占太阳能光谱的5%左右,并且光生电子-空穴对的复合几率也比较高,限制了它的广泛应用,因此,具有良好性能的新型光催化剂材料的研发是必不可少的。近年来报道,BiOX（X=C1、Br、I）是一种新型的半导体光催化剂,拥有独特的层状结构、电子结构以及良好的光学性质,在光催化降解有机污染物方面也表现出较高的光催化活性。本文旨在利用简单的制备方法得到高活性的BiOX光催化剂,并采用XRD,SEM,DRS和XPS等表征手段以对其光催化性能和稳定性进行研究。具体研究工作如下:（1）采用低成本、简单的水解法制备得到一种新型的BiOCl光催化剂。该催化剂是由片状结构组成的微纳颗粒,用甲基橙作为目标降解物来评价光催化剂的活性。十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的添加,盐酸浓度,BiCl3-HCl体系pH值和热处理温度等制备条件的影响以及相应的催化活性被考察,并运用扫描电镜、热重-差热分析、X射线衍射和紫外可见漫反射光谱等手段对催化剂进行了表征。此外,还将BiOCl光催化活性和TiO2-P25进行了对比。实验结果表明:在添加SDBS条件下,盐酸浓度为1.5mol/L,BiCl3-HCl体系pH值为8和80 ℃的热处理温度下,催化剂用量为1g/L时,具有3.3 eV带隙能的BiOCl较TiO2-P25有更高的光催化活性。（2）以BiCl3,SnCl4·5H2O和盐酸为原料,采用水解沉淀法和浸渍法制备得到Sn/BiOCl光催化剂。采用XRD、SEM、EDS和DRS对样品进行了表征。在模拟太阳光照射下,利用甲基橙水溶液的光催化降解反应,考察了Sn掺杂BiOCl的光催化活性。结果表明,采用浸渍法制备得到的Sn掺杂BiOCl具有较高的活性,Sn掺杂前后的BiOCl都是四方晶型结构,但是掺杂后的衍射峰位置略向高角度方向偏移,Sn掺杂BiOCl催化剂外貌为片块状结构,掺杂合适的金属离子可以扩宽BiOCl光催化剂的光响应范围,当Sn掺杂量为9%时,BiOCl带隙能从3.3 eV降低到2.9 eV,从而提高了光催化剂的活性。当催化剂用量为1 g/L,经120 min模拟太阳光照射时,可使甲基橙溶液（10 mg/L）去除率达到100%。（3）用水解法制备了BiOBr光催化剂,然后用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、氮吸附和紫外-可见漫反射光谱等测试方法表征。制备得到的BiOBr光催化剂具有四方晶相结构,是由片状结构组成的颗粒,比表面积为32.19 m2/g,带隙能为2.92 eV。此外,以氙灯照射下的甲基橙为降解物,对BiOBr的光催化性质和机理进行研究。结果表明:BiOBir光催化剂的最佳用量为0.8g/L,拥有与TiO2-P25相近的光催化活性。机理研究表明:在光催化过程中,光生空穴和羟基自由基起决定性作用。此外,具有良好化学稳定性的BiOBr对腐殖酸、亚甲基蓝和甲基橙均有较高的去除率,因而可以认BiOBr是一种适应范围较广、选择性较低的高活性光催化剂。（4）以Bi（NO3）3·5H2O和KI为铋源和碘源,研究了不同溶剂体系（无水乙醇、乙醇和水、异丙醇）,原料配比,表面活性剂（CTAB、SDBS和PVP）、搅拌速度和热处理温度等制备条件BiOI光催化剂活性的影响。以水中甲基橙的降解效果确定BiOI光催化剂的最佳制备条件,并对其进行了相应的表征。结果表明:采用乙醇体系,Bi（NO3）3·5H20和KI的配比为1:0.5时,较快的搅拌速度,80 ℃C热处理条件下、添加SDBS制备的BiOI光催化剂对甲基橙的去除率能达到97.06%。（5）采用醇解法制备BiOI光催化剂,带隙能为1.82 eV,以甲基橙浓度的变化来评价BiOI的光催化活性,初次使用具有较高活性,第二次使用催化剂活性急剧下降,为此,利用X射线衍射、扫描电镜、紫外-可见分光光度计和X射线光电子分光仪等测试表征对使用前后的BiOI催化剂进行了对比分析。分析结果表明:使用前后BiOI的晶型和外部形貌没有明显变化,仍保持四方晶型、片状结构,但紫外-可见分光光度计分析表明,BiOI光催化剂在使用过程会连续出现I-峰,XPS分析进一步证实了这一结论。