离子交换法制备高光催化活性Bi2WO6@Bi2S3异质结纳米片

社会经济快速发展的同时, 也带来了日益严峻的环境污染问题. 半导体光催化氧化技术因节能环保而在环境领域有广阔的应用前景. 作为最具有代表性的半导体光催化材料, TiO2因为其禁带宽度(3.2 eV)比较大, 只能被紫外光激发, 因而对太阳能的利用率较低. 作为一种最简单的含铋层状氧化物, Bi2WO6的禁带宽度(2.7 eV)相对较小, 可以部分利用太阳光中的可见光, 因而受到广大研究者的青睐. 但是, Bi2WO6光催化材料的可见光响应范围较窄, 仅能被波长小于450 nm的光激发, 且激发后的光生载流子容易复合, 导致光催化效率不高. 因此, 迫切需要对Bi2WO6光催化材料进行结构修饰与改性,采用拓展其光响应范围和抑制载流子复合, 来提高其光催化活性.本文采用离子交换法原位合成了具有核-壳结构的Bi2S3@Bi2WO6纳米片, 充分利用Bi2S3优良的可见光响应性能和半导体异质结光催化剂的构建, 来提高Bi2WO6的光催化活性. 结果表明, 随着Na2S·9H2O用量从0增加到1.5 g, 所得催化剂的光活性不断提高, X3B的降解速率常数由0.40×10-3min-1增加到6.6×10-3min-1, 催化剂活性提高了16.5倍. 当进一步增加Na2S·9H2O的用量时(1.5-3.0 g), 复合催化剂的光活性下降. 这是由于过多Na2S·9H2O的引入导致在催化剂表面生成了没有光活性的NaBiS2层(Bi2S3+ Na2S = 2NaBiS2), 占据了催化剂的活性位点, 阻碍了染料分子与催化剂的直接接触. Bi2WO6@Bi2S3异质结纳米片光活性的提高, 可归因于Bi2S3的敏化作用极大拓展了复合催化剂的光响应范围; 另一方面, Bi2WO6和Bi2S3两者之间的半导体异质结效应有效促进了光生载流子在空间的有效分离, 抑制了光生电子-空穴的复合, 从而提高了复合催化剂的催化效率. 本研究为其他半导体复合材料的原位生长制备提供了新的思路.     

离子交换法制备高光催化活性Bi_2WO_6@Bi_2S_3异质结纳米片（英文）

社会经济快速发展的同时,也带来了日益严峻的环境污染问题.半导体光催化氧化技术因节能环保而在环境领域有广阔的应用前景.作为最具有代表性的半导体光催化材料,TiO_2因为其禁带宽度(3.2 eV)比较大,只能被紫外光激发,因而对太阳能的利用率较低.作为一种最简单的含铋层状氧化物,Bi_2WO_6的禁带宽度(2.7 eV)相对较小,可以部分利用太阳光中的可见光,因而受到广大研究者的青睐.但是,Bi_2WO_6光催化材料的可见光响应范围较窄,仅能被波长小于450 nm的光激发,且激发后的光生载流子容易复合,导致光催化效率不高.因此,迫切需要对Bi_2WO_6光催化材料进行结构修饰与改性,采用拓展其光响应范围和抑制载流子复合,来提高其光催化活性.本文采用离子交换法原位合成了具有核-壳结构的Bi_2S_3@Bi_2WO_6纳米片,充分利用Bi_2S_3优良的可见光响应性能和半导体异质结光催化剂的构建,来提高Bi_2WO_6的光催化活性.结果表明,随着Na2S·9H2O用量从0增加到1.5 g,所得催化剂的光活性不断提高,X3B的降解速率常数由0.40×10~(-3) min~(-1)增加到6.6×10~(-3) min~(-1),催化剂活性提高了16.5倍.当进一步增加Na2S·9H2O的用量时(1.5.3.0 g),复合催化剂的光活性下降.这是由于过多Na2S·9H2O的引入导致在催化剂表面生成了没有光活性的NaBiS2层(Bi_2S_3+Na_2S=2NaBiS_2),占据了催化剂的活性位点,阻碍了染料分子与催化剂的直接接触.Bi_2WO_6@Bi_2S_3异质结纳米片光活性的提高,可归因于Bi_2S_3的敏化作用极大拓展了复合催化剂的光响应范围;另一方面,Bi_2WO_6和Bi_2S_3两者之间的半导体异质结效应有效促进了光生载流子在空间的有效分离,抑制了光生电子-空穴的复合,从而提高了复合催化剂的催化效率.本研究为其他半导体复合材料的原位生长制备提供了新的思路