氯氧鉍基層狀化合物的結構設計及光催化性能研究.pdf

1、半導體光催化技術在降解環(huán)境中污染物和能量轉換方面有很大應用潛力，是當今環(huán)境、能源和材料等領域的研究熱點之一。在尋覓成本低廉、高效的可見光催化材料的道路上，三元化合物氯氧鉍（BiOCl）以其獨特的層狀結構和優(yōu)良的光催化性能引起了科研工作者的廣泛關注。然而，BiOCl作為一種寬帶隙間接帶隙半導體材料（3.2 eV-3.5 eV），其對占太陽光能量4%的紫外光響應，極大地限制了其實際應用。此外，當減小帶隙拓展可見光吸收范圍時，光生電子空穴對復

2、合亦加劇，其可見光催化活性并不能顯著的改善。因此，進一步拓展BiOCl半導體可見光吸收的同時并有效抑制光生電子空穴對的復合成為提升和改善可見光催化效率的主要途徑。
　　性能取決于結構（晶體結構、電子結構、表面和界面結構等），因此可通過改變材料的電子結構，表面，界面結構等方式來拓展可見光吸收并提高其電子空穴對的分離效率。在本論文中，首先分別對BiOCl基層狀化合物進行碳元素和銀元素摻雜實現(xiàn)對晶體能帶結構和表面結構的改性研究；其次，分

3、別用電子束輻照和化學還原處理方法在BiOCl中引入缺陷，實現(xiàn)了對其電子結構和界面結構的改性，來進一步提升其可見光催化活性。
　　主要結論如下：
　?、侔l(fā)現(xiàn)碳原子進入 BiOCl表面層，對表面能帶結構進行調(diào)控，有效的拓展了可見光吸收范圍，同時由于碳原子在sp2和sp3雜化態(tài)之間的轉變，可實現(xiàn)對電子空穴對的復合效率的調(diào)控，其中大量sp2態(tài)引入大量未飽和π鍵使得BiOCl可見光催化降解苯酚效率從38.9×10-4 min-1提升到

4、134.7×10-4 min-1。
　　②銀原子未能進入BiOCl晶格，而是以尺寸100 nm左右的Ag顆粒形式存在，Ag顆粒的等離子體共振吸收效應拓寬了BiOCl的可見光吸收范圍，Ag/BiOCl樣品表現(xiàn)出優(yōu)越的可見光光催化降解羅丹明B（RhB）特性，其效率為BiOCl的3倍；此外發(fā)現(xiàn)由于Ag向Ag2O的轉換，等離子體吸收峰往紅外波段拓展，同時借助BiOCl本身提供的光生電子空穴對的氧化還原特性，生成的Ag2O又可轉變成Ag，實

5、現(xiàn)了等離子體共振峰的往復調(diào)控。
　?、?BiOCl在電子束輻照下，表面易形成大量的金屬Bi顆粒，而部分斷鍵后形成的?Cl，?O22-，?O2-激子固封在固體能形成氣態(tài)物質(zhì)，有助于進一步BiOCl本身結構的衍化，實現(xiàn)電子能帶結構的調(diào)控，并進一步通過電子注入模擬Bi析出，發(fā)現(xiàn)其可見光光電流幅度達2個數(shù)量級。
　?、芨邷靥幚砣毕輵B(tài)的Bi/BixOyClz，獲得了Bi12O15Cl6和Bi24O31Cl10相，均實現(xiàn)了對BiOCl能