钨酸铋Bi2WO6有机掺杂光催化剂的基础研究表征(2)
2.2 结果与讨论 8
2.2.1 物相及形貌分析 8
2.2.2 紫外/可见吸收分析 9
2.2.3 光催化结果分析 11
2.3 本章小结 11
3 钨酸铋/十吹冰烷基三甲基溴化铵复合催化剂的制备及研究 12
3.1 钨酸铋/十吹冰烷基三甲基溴化铵复合催化剂的制备 12
3.2 结果与讨论 12
3.2.1 物相及形貌分析 12
3.2.2 光催化结果分析 15
3.3 本章小结 16
4 关于pH对钨酸铋/十吹冰烷基三甲基溴化铵复合催化剂的制备及研究 17
4.1 不同pH的Bi2WO6/CTAB粉末的制备 17
4.2 结果与讨论 17
4.2.1 物相及形貌分析 17
4.2.2 紫外/可见吸收分析 21
4.2.3 光催化结果分析 21
4.2.4 本章小结 22
5 亚甲基蓝的可见光光催化降解机理 23
结 论 24
致 谢 25
参考文献26
1 绪论
21世纪人类面临的最大挑战就是环境和能源问题，光催化可以通过将太阳能转化为氢能实现太阳能储存，以此解决能源短缺问题，并且氢能为清洁能源，化石燃料燃烧减少，二氧化碳排放减少，进而解决温室效应问题。另外，光催化可以降解有毒污染物，为人类提供清洁绿色的生活空间，光催化的应用如图1.1。因此，在过去的几十年里，半导体光催化剂被广泛研究。在所有的氧化物半导体光催化剂中，二氧化钛（TiO2）由于其独特的光催化性能吸引了大批物理学家、化学家以及材料科学家的研究。TiO2具有良好的光稳定性、化学稳定性、分散性以及其比表面大、可见光透过性好、紫外吸收能力强等优点，因此在太阳能电池、水分解制氢、降解有机及无机污染物等领域引起了研究人员的浓厚兴趣[1]。目前TiO2已被广泛应用于光电材料[2]、太阳能电池(DSSC)[3]、气敏传感器[4]以及光催化剂[5]等诸多领域。然而，因TiO2禁带宽度为3.2eV，以及其作为光催化剂存在易凝聚、易失活、难分离难回收等缺点，并且由于TiO2仅对紫外光有响应，使其实际应用受到了极大的限制。因此，为了提高TiO2的光催化效率及其对可见光的利用率，科学家们进行了大量实验工作，比如金属离子掺杂[6-8]，非金属掺杂[9，10]以及与其他半导体复合[11]。另外，已经发现的新型可见光响应的催化剂对研究者们有很大的吸引力，比如Bi2Ti2O7[12, 13]、La2Zr2O7[14]和 Bi1.5MgNb1.5O7 [15]。Bi2WO6是一种新的复合氧化物半导体材料,研究较为广泛的.它是新型窄带系的光催化剂。首次发现Bi2WO6是在1999年,日本的科学家Kubo发现在波长大于420nm的光即可见光照射下Bi2WO6可催化水裂解产生O2, 并且还有报道 Bi2WO6在可见光照射下可以分解有机物乙醛，因此Bi2WO6是一种优良的新型可见光催化剂,可以有效提高对太阳能的利用，并且可以在光催化降解有机物等领域发挥更大的作用。
图1.1 光催化技术的应用简图
1.1 光催化反应的机理
固体能带理论是半导体光催化原理的基础。价带(VB)是指半导体在0K时被价电子充满的能带，导带(CB)是半导体最外面(能量最高)的一个能带，半导体能带结构不完整，从价带顶端到空的导带低端的区域称为带隙。以光为催化剂的光催化化学反应，体现了物质与光子的相互作用。它既可以加快反应速率也可以减缓反应速率。被光激发的半导体吸收的能量大于其能带宽度时，电子的跃迁会产生空穴电子对其中空穴具有强氧化性而光生电子有强还原性。有一部分电子会与溶液中的吸附氧结合而形成•O2-，•O2-具有很高的活性，可与水结合生成•OH自由基，进而经一系列反应把亚甲基蓝氧化分解掉。但与此同时也有一部分的电子未能被捕获而重新与空穴结合，从而丧失了氧化分解污染物的目的。光激发形成的空穴也可以从亚甲基蓝上直接捕获电子从而把亚甲基蓝氧化分解。以TiO2为例，其光催化进程如下：①光催化剂被光照射之后，产生载流子/光生电子和空穴；②载流子之间发生复合反应，并将能量释放（以热和光能的形式）；③价带空穴诱发氧化反应；④导带电子引起还原反应；⑤继续发生水解反应或与活性物质反应）；⑥捕获导带电子生成Ti3+；⑦捕获价带空穴生成Titanol基团