巢凯铋系可见光催化剂的制备表征及其催化性能研究.doc

1绪论1.1前言随着时代的发展，人类社会不在是那个只追求利益，不顾后果的社会了，环保理念，低碳理念已经进一步人心，对废水的解决，环境的进化已经成为了当今工业解决的一个重要环节。因而人们也展开了治理污染、保护环境的科学研究。这些研究有很多种，其中有机污染物的解决给人们带来了重大麻烦。与环境问题同样重要的能源问题也是当今世界发展需要解决的问题。人们不断的在寻求可再生能源，有效地运用好现有的能源。随着研究太阳能进入了人呢的视眼。可是如何把它充足的运用一直是个话题。自从1972年Fujishima和Honcla[1]发现在紫外线照射下半导体TiO2能把水分解成氢气和氧气，人们在这个发现上收到了启迪。因此对于光催化这门科学的研究开始了。我们通常见到的光催化剂都是半导体金属氧化物，由于通过研究发现半导体的光学性质在紫外可见光区域性质很特别。提起光催化不由得让人想起了纳米TiO2，纳米二氧化钛由于其具有粒度小、粒径分布窄、比表面积大、纯度高、价廉、无毒、稳定、使用寿命长等优点，在环保和污染的治疗尚有光催化领域的情景美好。然而，由于二氧化钛的带隙较宽(约3.2eV)[2]，这个因素让它只能吸取占太阳光4%的波长小于387nm的紫外光，这使得太阳能的运用极其低，大大的浪费了资源。因此找到新的光催化剂，充足的运用太阳能这成了新的课题[3]。在可见光催化剂的开发中人们经常对TiO2进行改性，如Fe(Ⅲ)接枝到TiO2、铋和硫掺杂TiO2、铂离子负载TiO2、钒负载TiO2等。在人们的不断研究中发现有一些半导体在可见光下也具有优异的光催化活性，他们的性能不亚于TiO2。Bi2WO6就是其中的一种，它的的带隙在2.74eV左右，能运用长波段的入射光，并且Bi2WO6的化学稳定性好，可见光催化活性好。因此Bi2WO6纳米晶受到了人们的关注[4]。1.2光催化的类型光催化剂就是在光照条件下改变反映速度的物质，但自身不发生反映，自身性质也不变。而这个反映我们就叫做光催化反映。半导体金属氧化物和硫化物是现在重要使用的固体光催化剂。光助电子或电子空穴定向迁移是光催化剂或光敏剂的共同特点。单组份的光催化剂，通常在紫外光区才有催化活性，其光量子效率往往很低，这就限制了光催化的实际应用。可以通过掺杂、修饰、改性和添加光敏剂等方法，发展多组分的光催化剂，来拓宽有效的光子能量范围（如从紫外区拓宽到可见光区），增长电子与空穴分离的效率，减少界面电荷转移过程的活化能。光催化剂的掺杂涉及金属或金属离子（特别是可变价态的过度金属离子）的掺杂和非金属的掺杂。通过掺杂作为填隙原子或晶格原子，可改变催化剂的几何结构和电子结构，如在半导体的禁带引入杂质能级（施主能级或受主能级），减少了带隙能级，从而可运用波长较长、能量较低的光子，提高了光子的运用区域和限度。还可有助于光激发产生电子和空穴分离、快速传递和阻止两者的复合失活。光催化剂的修饰多采用光敏性的染料物质，将光敏化与光催化过程结合起来。染料物质有也许吸取更多的波长的光（可见光、红外等），通过光激发产生的染料分子激发态与光催化剂分子之间的电子传递，充足运用了光源的能量，拓宽了光催化的有效光区域。如同多相催化固体催化剂，将两种或多种光催化剂组合制备复合型光催化剂也是改善光催化剂效能的一种方法。选择复合组分时，应当考虑晶型或几何结构以及半导体电子结构和吸取光区范围的配合适应性[5]。1.3半导体的概述半导体是介于导体与绝缘体之间的一种特殊的物质，它的禁带宽度一般介于0.2eV-3eV之间，p型、n型半导体是最常见的二种，所谓的n型半导体的带电来源重要靠导带中的电子，p型半导体的带电来源重要靠导带中的空穴。正是由于半导体的特殊的性质，使得半导体在光、电、磁、催化等诸多领域里有着广泛的应用。如p型半导体的CuO就是一种很好的光敏材料[6]，同时它还是一种优异的催化剂。ZnO、SiO2、Bi2WO6都是良好的催化剂。2Bi2WO6的概述Bi2WO6是一种很好的可见光催化剂，它的可见光催化活性很高，它可以再可见光照射下催化分解水产生O2，并且能使氯仿，乙醛，罗丹明B等有机污染物矿化。2.1Bi2WO6的微观结构Bi2WO6晶体从属于斜方晶系，具有类似于γ-Bi2O3的结构，沿C轴方向，Bi和O原子夹于两层WO6中，为典型的层状钙钛矿构型。由于这种层状结构多元氧化物往往具有较高的光催化活性，某些材料的光量子效率甚至高于TiO2[7]。作为半导体化合物的Bi2WO6是一种n型半导体[8]，其价带由Bi6s与O2p轨道杂化组成。因此Eg变得狭窄，吸取范围延伸到可见光区域,有助于可见光激发下催化降解有机污染物[9]。2.2纳米Bi2WO6的制备方法2.2.1超声喷雾热解法制备Bi2WO6纳米晶AmandaK.P.Mann[10]等采用喷雾热解法制备了片状B