新型biocl光催化剂的可控合成及性能强化研究

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1、万方数据声明尸f1月本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：矽，铲，7关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文

2、；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。作者签名：丛堑：9日期：作者签名：砂∥7Ij日期：勒签名：丝塑垒隰卵f牛．f’矽I乒、，／万方数据太原理工大学博士研究生学位论文新型BiOCl光催化剂的可控合成及性能强化研究摘要近年来，半导体光催化氧化技术在降解水中有机污染物以解决环境问题方面的研究成为人们的关注热点。半导体光催化氧化技术的实现基于激发光的能量与半导体材料禁带带隙能间的匹配关系，即只有当激发光光能等于或大于半导体带隙能时，半导体价带上的电子才能受激并跃迁至导带，同时在价带和导带上分别形成光生空穴和电子，这些具有氧化能力和还原能力的光生空穴和电子

3、或者先形成羟基自由基及超氧自由基负离子等活性物种并与吸附在半导体表面的有机物发生作用，或者直接将有机物降解。在这些过程进行的同时，不可避免的会发生光生空穴与光生电子的复合，这将严重影响光催化剂的光催化活性。因此，如何提高光生空穴与光生电子在催化剂体相内和表面的迁移速率并有效地抑制两者之间的复合无疑是改善并提高光催化剂活性需要解决的重要问题。另一方面，半导体带隙能的大小与其光催化活性息息相关，因为带隙能越大，其价带空穴氧化能力和导带电子还原能力越强，所以具有高带隙能的半导体往往表现出更强的光催化活性。但是，高的带隙能却又会减小半导体对光的利用效率，为此，大量的研究工作均集中在如何提高高带

4、隙能半导体材料对光能的利用效率上。基于以上考虑，本论文旨在通过开发新的BiOCl催化剂的常温液相合成方法，实现对其表面及结构的有效调控，以制备出具有良好光利用效率及光催化活性的可见光光催化剂，并研究制备过程和降解过程对光催化剂性能强化的影响。本文主要在以下几个方面开展了研究工作：万方数据一太原理工大学博士研究生学位论文1．首先通过乙二醇一水液相低温合成方法我们制备出了具有花球状结构的BLOCl光催化剂，其带隙能为3．2eV。所制备的BiOCI光催化剂表现出良好的模拟太阳光光催化活性，可有效降解问苯二酚、甲基橙和双酚A。系统考察了BiOCI用量、间苯二酚初始浓度、溶液pH值及反应温度对光

5、催化降解反应的影响。结果表明，光催化降解问苯二酚的最佳实验条件为WB沁cl_1g／L，Co--20m班，pH=9，在该条件下光照60min后，间苯二酚的降解率达到99％；而体系的温度对反应影n向不明显。机理实验结果表明BiOCI的光催化活性源于光生空穴和超氧自由基负离子。同时，BiOCl还表现出对罗丹明B的可见光催化降解活性；可见光照射20min后，99．2％的RhB被光催化降解，COD变化率也达到92％。BiOCI的可见光催化活性可能来源于其暴露面上存在的悬键。2．其次，为了提高BiOCl光催化剂的可见光吸收性能，我们设计在BiOCI合成过程引入H202和KI试剂。在催化剂的合成过程

6、中KI和H202可起到调控BiOCl带隙能和晶面的作用。在KI和H202的辅助下，BiOCl的带隙能从3．19eV下降至2．5eV；同时，两者的辅助也可增加BiOCl表面羟基含量。在可见光照射下，该BiOCl光催化剂可有效催化降解苯酚，光照300rain后12mg·LJ苯酚的降解率达到35。8％，与P25的3．2％相比有较大提高。在苯酚的光催化降解过程中厶+和02-,等氧化活性物种起到了主要作用；除此之外，BiOCl还表现出对甲基橙和罗丹明B的高光催化活性。通过该方法制备的BiOCl还具有较高的化学稳定性，这对其实际应用具有重要意义。3．通过一步氧化还原法合成了I掺杂BiOCI光催化剂

7、。I的掺杂可调控BLOCl的晶面及带隙能，使其暴露而发生转变，并显著降低了催化剂的带隙能(从3．19eV下降为2．3eV)。在催化剂用量为CBiOCI=tg-L_时，双酚A的降解率在可见光照90rain后达到87．1％。除此之外，该催化剂还表现出11万方数据太原理工大学博士研究生学位论文良好的可见光光催化降解苯酚、甲基橙和罗丹明B的活性。碘掺杂在将BiOCl对光的吸收从紫外区拓展到可见光区的同时，也增加了BiOCl的表面积及表面羟基含量，这些都