铋酸铜光催化剂的制备改性及其在能源环保领域的应用.pdf
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1、以具有成本低、光催化降解效果好、无二次污染等优点的铋酸铜光催化剂为研究基础从形貌调控、元素掺杂、贵金属沉积、半导体复合以及碳材料复合等方面介绍铋酸铜的制备与改性 改性后的铋酸铜光催化剂不仅能有效拓宽光响应范围、抑制光生载流子的复合、提高光催化活性还可以增加材料的稳定性在治理有害废气、水中污染物以及产氢、产过氧化氢等能源环保领域中表现出优异的性能为铋酸铜光催化剂在能源环保领域的开发利用提供了参考价值关键词:铋酸铜制备改性能源环保中图分类号:.文献标识码:文章编号:()(.):.:当今世界经济与工业的迅速发展带来了一系列环境破坏、能源短缺等问题 其中环境问题主要是通过物理、化学、生物以及化学生物的
2、方法解决传统的催化技术将铁粉作为催化剂反应后形成大量的固体废渣容易造成水体污染 相较于上述方法光催化技术因其具有节能环保、无二次污染、第 期张鹤凡等:铋酸铜光催化剂的制备改性及其在能源环保领域的应用氧化性强、寿命长、安全性高、成本低等优点被认为是一种经济有效解决环境能源问题的方式近年来研究者们开发了不同种类的高效光催化材料包括金属氧化物、磷化物以及硫化物的半导体、钙钛矿型氧化物、多元复合材料、金属有机框架材料等多种材料取得了许多优异的研究成果铋酸铜()是一种尖晶石结构的 型半导体材料由于其具有合适的带隙宽度(.)、可见光响应强、原材料廉价、合成方法简单、良好的热稳定性等优点引起了研究者的广泛关
3、注 但是铋酸铜比表面积较低、化学亲和力较弱、光生电子空穴易复合等缺陷严重制约其发展 因此研究铋酸铜的制备改性来优化其物理化学性能从而提高铋酸铜光催化效果并用于解决环境与能源问题具有重大意义 铋酸铜的制备改性 年研究组首次报道了使用 作为光阴极并且应用于光电化学分解水 随后科学家通过水热法、固相烧结法、溶胶凝胶法、电沉积法与离子溅射法等制备了各种形态的 由于 具有光稳定性较高和化学亲和能力较低的特点导致其在紫外光以及可见光的条件下光电流值相对较小并且光催化活性并不显著再加上较高的光生载流子复合率、由窄带隙产生的低量子产率和光腐蚀的问题在光催化领域的应用被严重限制 针对以上问题学者们进行了大量研究
4、主要从形貌调控、元素掺杂、贵金属沉积、半导体复合以及碳材料复合 个方面对 半导体材料进行改性.形貌调控形貌调控是指可以通过控制反应条件从而制备出不同形貌的 使其具有不同的物理化学性质 常见 形貌有棒状结构、球形结构、花状结构以及树状结构等不同形状相比于传统的粉末材料这些特殊结构的 的催化性能得到了普遍提高 郝寿辰等使用()和()等材料通过水热法反应 制备出了均匀的 球形颗粒球形颗粒的平均直径为 水热时间增加纳米棒组装微球逐步演变为花状三围分层纳米结构成为纳米花其平均直径为 当水热时间达到 时纳米片和纳米棒随机聚集组成为团聚纳米颗粒 等使用()与()等材料通过溶胶凝胶旋涂法制备出 光阴电极薄膜厚
5、约 晶粒尺寸 等使用乙酸中的()和乙醇中的()等材料采用水热法制备出了 纳米棒阵列 后形成了纳米颗粒 后纳米颗粒随机地分散排列聚集成较大的球形颗粒 后制造出分级 纳米棒阵列水热处理.后 对甲基蓝降解率高达.元素掺杂元素掺杂是 改性中较为常见的一种方式经过物理或化学方法将金属或非金属掺杂至晶格内部从而引起 晶格的变化而影响其结构来提升其催化性能 李自新在中掺杂银银离子取代铋离子掺杂银后的在反应过程中表现出较强的光电流复合材料的稳定性也得到了增强表明银的掺杂增强了空穴的浓度 等通过水热法使用硝酸铋溶液、硝酸铜溶液、氢氧化钠溶液以及 粉末制备出一系列阶梯型/掺杂 的光催化剂当光催化剂浓度在.时光照
6、以后 的产 率 是 纯 的 倍 以 上 等采用共沉淀法制备出钴掺杂的 光阴电极经过钴掺杂形成的复合材料的电流密度是纯相 的 倍.贵金属沉积将贵金属(例如、等)沉积在 的表面利用贵金属的高电导性来调整 电子分布将光生电子转移到贵金属表面一方面能加快电子迁移另一方面有效阻碍电子空穴的复合来提高分离率来实现提高 催化剂性能的目的 采用原位热还原法与沉淀法制备出零维/一维(/)/复合光催化剂该复合材 料 的 光 催 化 活 性 得 到 显 著 提 高 其 中./复合材料的光催化活性最优在 内对盐酸四环素降解率达到了 另外复合材料的光催化降解速率约为纯相 的.倍 等通过滴铸、退火的方法制备出 修饰的 光
7、阴电极其复合材料的光电流与纯 相比提高了 倍 等通过一锅溶液燃烧法制备出了/二元材料并且将二元材料用等离子 纳米粒子修饰形成三元复合材料在光照条件下三元复合材料对 炔雌醇的降解效率为.对六价铬的降解效率为.半导体复合半导体复合是指将两种或两种以上的半导体进应用化工第 卷行复合利用不同材料的价带和导带位置交错以实现光生载流子的有效分离 由于 是一种窄带隙半导体其常用的复合方式是构造 异质结和 型异质结能有效降低活化能提高表面催化反应速率 谭雪飞等通过水热法制备出/的光催化纳米复合材料复合材料相较于纯相的 光腐蚀性能有显著提高另外其光催化寿命也得到了延长复合材料降解亚甲基蓝的降解率达到了.相对于纯
8、 的降解率提高了.大大提高了对亚甲基蓝的降解效率 王茹雪等采用微波水热法制备出对称双 型的/纳米复合材料其复合材料的光催化性能较为稳定可重复使用性较高对水中诺氟沙星的降解效果较优其降解效率达到了.等通过高温分解制备出了一维/复合材料其纤维能带结构为 字型异质结在光照条件下复合材料在 内降解盐酸四环素达到了 以上有效分解了水中的抗生素类物质 等使用静电纺丝法制备出 型的/纳米复合光催化剂与纯 相比复合材料对甲基橙的降解效率有了极大的提高另外复合材料还扩大了光的吸收范围使表面活性得到了增强.碳材料复合将 与碳材料进行复合能够发挥碳材料在光学、电学、力学等方面的优异特性能够加快电子迁移、抑制电子空穴
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