氯氧鉍基層狀化合物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及光催化性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化技術(shù)在降解環(huán)境中污染物和能量轉(zhuǎn)換方面有很大應(yīng)用潛力，是當(dāng)今環(huán)境、能源和材料等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。在尋覓成本低廉、高效的可見(jiàn)光催化材料的道路上，三元化合物氯氧鉍（BiOCl）以其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的光催化性能引起了科研工作者的廣泛關(guān)注。然而，BiOCl作為一種寬帶隙間接帶隙半導(dǎo)體材料（3.2 eV-3.5 eV），其對(duì)占太陽(yáng)光能量4%的紫外光響應(yīng)，極大地限制了其實(shí)際應(yīng)用。此外，當(dāng)減小帶隙拓展可見(jiàn)光吸收范圍時(shí)，光生電子空穴對(duì)復(fù)

2、合亦加劇，其可見(jiàn)光催化活性并不能顯著的改善。因此，進(jìn)一步拓展BiOCl半導(dǎo)體可見(jiàn)光吸收的同時(shí)并有效抑制光生電子空穴對(duì)的復(fù)合成為提升和改善可見(jiàn)光催化效率的主要途徑。
　　性能取決于結(jié)構(gòu)（晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、表面和界面結(jié)構(gòu)等），因此可通過(guò)改變材料的電子結(jié)構(gòu)，表面，界面結(jié)構(gòu)等方式來(lái)拓展可見(jiàn)光吸收并提高其電子空穴對(duì)的分離效率。在本論文中，首先分別對(duì)BiOCl基層狀化合物進(jìn)行碳元素和銀元素?fù)诫s實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體能帶結(jié)構(gòu)和表面結(jié)構(gòu)的改性研究；其次，分

3、別用電子束輻照和化學(xué)還原處理方法在BiOCl中引入缺陷，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其電子結(jié)構(gòu)和界面結(jié)構(gòu)的改性，來(lái)進(jìn)一步提升其可見(jiàn)光催化活性。
　　主要結(jié)論如下：
　?、侔l(fā)現(xiàn)碳原子進(jìn)入 BiOCl表面層，對(duì)表面能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，有效的拓展了可見(jiàn)光吸收范圍，同時(shí)由于碳原子在sp2和sp3雜化態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電子空穴對(duì)的復(fù)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(jiàn)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。
　?、阢y原子未能進(jìn)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(yīng)拓寬了BiOCl的可見(jiàn)光吸收范圍，Ag/BiOCl樣品表現(xiàn)出優(yōu)越的可見(jiàn)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(zhuǎn)換，等離子體吸收峰往紅外波段拓展，同時(shí)借助BiOCl本身提供的光生電子空穴對(duì)的氧化還原特性，生成的Ag2O又可轉(zhuǎn)變成Ag，實(shí)

5、現(xiàn)了等離子體共振峰的往復(fù)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?jǐn)噫I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(jìn)一步BiOCl本身結(jié)構(gòu)的衍化，實(shí)現(xiàn)電子能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)控，并進(jìn)一步通過(guò)電子注入模擬Bi析出，發(fā)現(xiàn)其可見(jiàn)光光電流幅度達(dá)2個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　④高溫處理缺陷態(tài)的Bi/BixOyClz，獲得了Bi12O15Cl6和Bi24O31Cl10相，均實(shí)現(xiàn)了對(duì)BiOCl能