论文部分内容阅读
近几十年来,全球经济得到快速发展,但能源的短缺与环境污染问题层出不穷,日渐影响经济的进一步发展,科研人员针对这些问题全力研究开发新能源和环境修复的新技术。光催化技术的出现为解决能源危机与环境治理带来了曙光。光催化技术的基点是半导体材料,单相的半导体材料内部的光生载流子复合严重,产生的光生载流子不能有效的迁移至材料的表面,导致光催化性能降低。贵金属、石墨烯等作为助催化材料,可以改善光催化材料的载流子复合几率,但是这些助催化材料的成本相对较高,因此亟待开发成本低、绿色高效的助催化材料。二维过渡金属碳或氮化物(MXene)具有较高载流子迁移率,调控表面的官能团可以改善MXene的导电性,合适的费米能级导致MXene成为优异的电子接受体。本文以Ti3C2Tx(MXene)作为助催化材料,探索对光催化材料的修饰。具体内容如下:(1)静电自组装法制备BiOCl/Ti3C2Tx复合材料,并研究电子转移及光降解对硝基苯酚(PNP)的特性。调控BiOCl表面的电荷分布,通过静电自组装法成功与Ti3C2Tx复合。形貌测试表明,片状的BiOCl均匀的贴附在少层Ti3C2Tx的表面,并通过透射电子显微镜表征复合材料耦合的界面。在紫外光下,以PNP为模拟污染物,测试BiOCl/Ti3C2Tx的光降解性能,结果表明不同含量的Ti3C2Tx对BiOCl的影响不同,其中添加2 wt%含量Ti3C2Tx修饰的BiOCl的降解效果最明显,光降解效率是纯BiOCl的3.3倍。通过电化学、光致发光谱以及电子顺磁共振实验对复合材料的电子转移特性以及降解机理进行研究。研究表明,Ti3C2Tx具有出色的电子接收能力,能促进BiOCl电子与空穴的有效分离,从而提升BiOCl的活性。(2)一步水热法制备BiOBr/Ti3C2Tx复合材料,研究其在可见光下光催化降解罗丹明B(RhB)的性能。使用HF刻蚀制备Ti3C2Tx的危害性高、制备工艺繁琐,改进选用HCl/LiF的混合溶液为刻蚀剂,使用乙醇与Li+原位插层Ti3C2Tx,超声制备少层Ti3C2Tx。结果表明使用HCl/LiF制备的Ti3C2Tx的形貌更小并且剥离效率更高。对BiOBr/Ti3C2Tx复合材料的形貌、结构与光电性能进行一系列表征,并在可见光的条件下研究对RhB降解的活性。结果发现不同含量的Ti3C2Tx均对BiOBr有良好的改进作用,添加1 wt%的Ti3C2Tx对BiOBr的影响最大,在可见光下的降解效率是纯BiOBr的4.1倍。通过对机理的研究发现,具有高载流子迁移率的Ti3C2Tx成功将BiOBr表面的光生电子转移,而二维Ti3C2Tx直接贴附在二维BiOBr的表面,降低了光生电子转移距离,降低了光生载流子的重组的机会,从而改善BiOBr的光催化活性。此工作为探索高效、环境友好型的新型助催化材料提供参考价值。