水热法Bi2Fe4O9半导体光催化的性能研究(2)
1.7 本课题主要内容 8
2 水热法制备Bi2Fe4O9及其表征 9
2.1 引言 9
2.2 水热合成Bi2Fe4O9 9
2.2.1 实验仪器及化学试剂 9
2.2.2 样品的制备过程 10
2.2.3 样品的表征 11
3 实验结果与讨论 13
3.1 NaOH浓度对成相的影响 13
3.2 温度对成相的影响 17
3.3 半导体Bi2Fe4O9性能的研究 20
3.3.1 禁带宽度的测定 20
3.3.2 光催化剂性能的研究 21
3.3.3 不同pH值对催化剂效率的影响 21
3.4 本章小结 23
结 论 24
致 谢 25
参考文献 26
1 绪论
1.1 光催化现象概述
当今社会各种环境问题日益突出，为了文持生态平衡实现可持续发展，控制水污染和大气污染已经成为亟待解决的重大问题。研究发现一些半导体在光照条件下具有光催化性能，可以降解有机污染物，并且具有成本低、效率高且不产生二次污染等优点，具有广阔的应用前景。
光催化研究的早期，视野主要集中于光解水制氢。最初研究者们以均相催化系统光解水，但O2比H2更难生成，从而很难同时获得氢气和氧气，生成产物也往往会出现自发复合现象，再加上催化剂材料的禁带宽较大，低活性和低量子效率等问题，光解水制氢并未取得明显突破性的研究。有研究表明，一些金属或金属氧化物负载的钛酸盐，在紫外光的照射下能够发生光解水的反应。同时，由于光催化材料所表现的强氧化能力，可将光催化的研究发展到污染治理层面。光催化技术可以分为均相光催化技术和多相光催化技术，目前，多相光催化技术是主要的研究方向[1]。
传统的半导体催化剂是二氧化钛，但由于其禁带宽度较宽，在可见光下不能响应，使其应用受到了限制。铁酸铋Bi2Fe4O9的同样作为半导体光催化剂，其禁带宽度比较小，在可见光下也可以由很好的响应，在此对其光催化性能进行深入研究。
1.2 半导体光催化反应机理
半导体催化技术的理论基础是能带理论。在半导体的能级里，价带位于满带顶，空带位于导带底，处于价带与导带之间的叫禁带，禁带的带隙宽度用Eg表示，表示着价带顶和导带底的能量间隙[2]。
在稳态下，电子优先占据能量低的能级，当用光照射半导体时，电子能够吸收光子的能量受到激发而跃迁，这样就产生了光生空穴-电子对，光生载流子可以和吸附在表面的物质进行氧化还原反应，使其发生降解，产生光催化作用[2]。
大概过程如下：
1）“光生载流子”的产生。
当半导体受到比其禁带宽度能量要大的光子的照射时，半导体价带上的电子会吸收光子的能量受到激发，从价带跃迁至导带，这样就在价带留下了相应的空穴，形成光生电子-空穴对。其吸收波长的阈值可简化为：
λg (nm) = 1240/Eg (eV) （1.1）
由此式可计算得出，常用半导体的Eg 大多低于400nm，处于紫外光区。
2）降解反应的进行。
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