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GO/BiOI复合可见光催化材料的制备及性能研究

作　者: 王莉娜
导　师: 李刚
学　校: 哈尔滨师范大学
专　业: 无机化学
关键词: BiOI GO 超声水解法可见光光催化
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

现代工业技术的飞速发展，导致了大量有害、致癌的污染物排放至水中，严重地威胁了人类的健康。当前，光催化技术在能源开发和污染治理等领域中有着广泛的应用。许多难降解或难以去除的物质，例如多环芳烃、氯仿、多氯联苯和有机磷化合物等可以利用此方法去除。光催化反应条件温和，可在常温下进行，有机污染物去除率高，目前已成为国内外研究的热点。本论文采用超声辅助水解法将可见光光催化材料BiOI与具有高比表面积、高分散性质的氧化石墨烯（GO）进行复合。利用X-射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱仪（FT-IR）、紫外-可见漫反射（DRS）等手段对不同条件下制备的复合材料的结构、形貌及性能进行了表征；研究了不同条件下制备的GO/BiOI复合材料对甲基橙的光催化性能，并对其光催化降解机理进行了初步的探讨。具体研究内容如下：（1）利用超声辅助水解法制备了具有可见光催化性能的BiOI和GO/BiOI复合材料，研究发现复合材料中除了主晶相BiOI外，还有少量的Bi₉I₂存在。（2）研究GO/BiOI复合材料在不同反应温度，不同反应时间以及不同复合比例对复合材料结构和形貌的影响。研究发现GO与BiOI复合对BiOI晶体结构基本没有影响，但反应条件对复合材料的形貌影响较大；当复合比为1:200，80oC下反应2h制备的GO/BiOI复合材料呈椭球体形状。（3）研究GO/BiOI复合材料对可见光的吸收性能发现，GO/BiOI复合材料对可见光吸收比纯BiOI有所增强，而且有较明显的红移。（4）研究发现GO/BiOI复合材料的可见光催化降解甲基橙的效果明显高于纯的BiOI；在GO与BiOI的比例为1:200，80oC反应2h制备的GO/BiOI复合材料，在可见光照射3h后，20mg/L甲基橙溶液的脱色率可达到95.7%。（5）初步探究了GO/BiOI复合材料光催化降解甲基橙的机理，认为GO/BiOI复合材料的高光催化性能是由于BiOI和GO之间的耦合作用，在可见光照射时，BiOI产生光生电子-空穴对，光生电子能够通过界面转移到GO（GO作为电子接受体），有效地抑制了BiOI中电子与空穴的复合，从而提高了可见光催化效率。

全文目录

摘要  10-11
Abstract  11-13
第1章绪论  13-32
  1.1 课题背景  13
  1.2 光催化  13-17
    1.2.1 光催化简介  13-14
    1.2.2 光催化机理  14-16
    1.2.3 光催化主要功能及应用  16-17
  1.3 光催化剂的研究现状  17-28
    1.3.1 常见光催化剂  17-20
    1.3.2 TiO_2光催化剂  20-22
    1.3.3 铋系光催化剂  22-26
    1.3.4 BiOX(X=Cl、Br、I)光催化剂结构与性质  26-28
  1.4 石墨烯与氧化石墨烯  28-30
    1.4.1 石墨烯的结构和特征  28-29
    1.4.2 氧化石墨烯的结构和特性  29
    1.4.3 氧化石墨烯的性质  29-30
  1.5 本课题研究内容及意义  30-32
    1.5.1 本课题研究内容  30-31
    1.5.2 本课题研究意义  31-32
第2章实验材料及研究方法  32-38
  2.1 实验材料  32
  2.2 仪器及测试设备  32
  2.3 样品的表征和测试方法  32-36
    2.3.1 X-射线衍射分析  32-34
    2.3.2 扫描电镜分析  34-35
    2.2.3 红外光谱分析  35
    2.3.4 紫外-漫反射分析  35-36
  2.4 光催化性能研究  36-38
    2.4.1 光催化反应装置  36
    2.4.2 染料分子结构  36-38
第3章 GO/BIOI 复合材料的制备与表征  38-54
  3.1 引言  38
  3.2 氧化石墨和 BIOI 的制备及表征  38-44
    3.2.1 Hummers 改进法制备氧化石墨  38-39
    3.2.2 石墨、氧化石墨和氧化石墨烯的物相分析  39-41
    3.2.3 不同反应温度下制备 BiOI 的物相分析  41-44
  3.3 GO/BIOI 复合光催化材料的制备及表征  44-53
    3.3.1 GO/BiOI 复合材料的制备  44-46
    3.3.2 GO/BiOI 复合材料的表征  46-53
  3.4 本章小结  53-54
第4章 GO/BIOI 复合材料的光催化性能研究  54-68
  4.1 引言  54
  4.2 光催化降解甲基橙  54-65
    4.2.1 甲基橙最大吸收波长的选取  54
    4.2.2 甲基橙标准曲线  54-56
    4.2.3 空白实验  56-57
    4.2.4 光催化剂不同添加量对光催化效率的影响  57-60
    4.2.5 可见光光照时间对光催化效率的影响  60
    4.2.6 不同反应温度下制备的复合材料对光催化效率的影响  60-61
    4.2.7 不同反应时间下制备的复合材料对光催化效率的影响  61-63
    4.2.8 不同复合比例的复合材料对光催化效率的影响  63-64
    4.2.9 BiOI 与 GO/BiOI 光催化活性的比较  64-65
  4.3 光催化降解机理浅释  65-67
    4.3.1 甲基橙的降解机理  65-67
    4.3.2 GO/BiOI 光催化降解的机理初探  67
  4.4 本章小结  67-68
结论  68-70
参考文献  70-80
攻读硕士期间发表的学术论文  80-82
致谢  82

GO/BiOI复合可见光催化材料的制备及性能研究

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