层状材料/银/卤化银可见光催化剂的研制及降解水中有机污染物机理

CORC > 生态环境研究中心 > 中国科学院生态环境研究中心 > 环境水质学国家重点实验室

题名	层状材料/银/卤化银可见光催化剂的研制及降解水中有机污染物机理
作者	吉欢欢
答辩日期	2017-05
文献子类	博士
授予单位	中国科学院大学
授予地点	北京
导师	胡春
关键词	层状材料卤化银 Layered Material 可见光催化 Silver Halides 有机物降解 Visible-light Photocatalysis 光稳定性 Organic pollutants Degradation Photostability
其他题名	Development of Visible-Light Photocatalysts Based onLayered Materials/Ag/AgX (X=Br, I) and the Mechanism ofOrganic Pollutants Degradation
学位专业	环境科学
英文摘要	光催化太阳能转化是解决当前人类社会面临的环境污染和能源危机问题的重要手段。然而，光吸收范围窄、量子效率低或催化稳定性差等因素限制了众多光催化体系的实际应用。卤化银材料具有良好的感光性，在光催化研究中表现出了卓越的反应活性。但是这类材料容易发生光腐蚀，并向反应体系中释放 Ag+，造成二次污染。近几年，二维层状结构材料由于多方面的良好性能获得了研究者的关注。本论文研制了系列层状光催化材料，并用来修饰卤化银光催化剂。制备的复合材料在可见光甚至近红外光照射下都具有良好的催化降解有机污染物活性，卤化银复合光催化剂显示了很好的催化稳定性，反应过程中未检测到卤化银的分解和 Ag+的释放。提出了一种基于光生载流子转移和补偿的光催化反应机理，为光催化技术的实际应用提供了思路。具体的研究内容如下： 1.层状 g-C3N4剥离制备 CN/Ag/AgBr：采用超声剥离法由体相 g-C3N4获得了在水中高分散的 CN纳米片，并成功地在 CN纳米片上生长 AgBr颗粒制备了 CN/Ag/AgBr光催化剂。CN修饰的 Ag/AgBr具有较小的颗粒直径，更大的比表面积和光电流密度等特点；研究结果表明制备条件（加料顺序，合成温度，溶剂等）对催化剂活性有较大影响。CN/Ag/AgBr催化剂在可见光照射下对有机染料甲基橙（MO）、2-氯酚显示了很好的光催化降解能力。 2.能带可调控的 BiO(OH)xI1-x固溶体制备:基于[Bi2O22+]层间阴离子的可替代性，采用共沉淀法制备了系列 BiO(OH)xI1-x固溶体材料。发现随着 OH‒逐渐取代 I‒，制备的催化剂具有从 400到 800 nm范围内可调节的光吸收范围，其带隙结构亦随着材料组成的变化而变化，并在材料中引入了具有良好吸光性和活性的氧空位。实验表明制备的固溶体材料具有很好的光催化降解 2-氯酚的能力，并保持了优良的光反应稳定性。 3.化学键联的 BiO(OH)xI1-x-AgI异质结催化剂:通过共沉淀法将 BiO(OH)xI1-x固溶体与 AgI颗粒复合制备半导体 p-n结光催化剂。由于 I的同离子效应，在 BiO(OH)xI1-x和 AgI的界面上形成了 Bi-I-Ag化学键。紧密的界面接触和化学键的存在促进了光生载流子的传递，并且在异质结的 Z型价带结构中，AgI光激发产生的导带电子迅速转移到 BiO(OH)xI1-x固溶体上，从而抑制了晶格 Ag+的还原，提高了 AgI稳定性。光生空穴则转移到 AgI导带上，抑制了载流子的复合。在光催化降解氯酚类有机污染物反应中，异质结材料没有发现 AgI的光腐蚀，反应活性提高 9倍。 4.氧空位增强的 BiO(OH)0.06Br0.94/Ag/AgBr表面等离子基元光催化：在 BiO(OH)xBr1-x/AgBr材料中经光还原生成了 Ag等离子基元，制备的“三明治” 结构 BiO(OH)xBr1-x/Ag/AgBr等离子基元光催化剂具有 2000 nm以上的光吸收，在可见光和近红外光照射下均具有光催化活性。在光催化降解有机污染物的反应中没有检测到 Ag表面等离子激发产生的电子转移到 AgBr半导体导带，同时 BiO(OH)xBr1-x中的氧空位又向 Ag纳米颗粒补偿电子，由此形成循环，抑制了催化反应中从 Ag+释放，对 2-CP和 MO可以在数分钟内完全降解。研究表明 Ag0到Ag的氧化反应，在提高光吸收范围和量子效率的同时，增强了催化剂的稳定性，为 Ag+表面等离子基元光催化材料的实际应用提供了思路。
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/38636]
专题	生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室
作者单位	中国科学院生态环境研究中心
推荐引用方式 GB/T 7714	吉欢欢. 层状材料/银/卤化银可见光催化剂的研制及降解水中有机污染物机理[D]. 北京. 中国科学院大学. 2017.