BiOBr纳米片包裹ZnO纳米棒阵列在高性能光电催化中的应用 - 图文

BiOBr纳米片包裹的ZnO纳米棒阵列在高性能光电催化中的应用 【毕业设计相关论文】 杨晓彤 毕业设计 辽宁石油化工大学

目录

摘要 1 简介 2 试验阶段 4 化学品和材料

4 ZNO纳米棒阵列沉积方法 4 ZNO / BIOBR光电阳极的制备 5 特征描述 5 水解性能

6 光电催化降解的测量

6 主要活性物质的检测及羟基分析（COH）

6

结果与讨论 7 结论 19

摘要

BiOBr纳米片（NPS）垂直对准修饰的ZnO纳米棒阵列（NRAS）已经被一种浅显、有效的溶剂热法成功合成。相比于纯ZnO和BiOBr光电阳极而言，得到的产物ZnO/

杨晓彤 化学化工与环境学部

1 辽宁石油化工大学

BiOBr异构光电阳极表现出较强的水分解性能，这可能是由于一种可以促进分离和转移光诱导电荷产生较高电流的异质结的形成。此外，罗丹明B（RhB）被选为典型污染物来评价光电催化电极的活性。正如预期的那样，ZnO/ BiOBr光电阳极比纯ZnO和纯BiOBr光电阳级降解能力更强，并且在被照射100分钟后达到了最高的光电催化降解效率（95.4%）。此外，照射后，主要的活性物种分离试验表明碳水化合物或二氧化碳分子在光催化降解过程中发挥着重要作用。以上结果表明，新型光电阳极可以作为一种应用在光电化学分解水和有机污染物降解的有前景的催化剂。

简介

作为目前研究最为广泛的一种半导体，氧化锌（ZnO）纳米结构由于其易合成、电

子迁移率高和室温下激子束缚能高达60 meV等诸多优点已极广泛地应用在光电化学中。特别是，一维ZnO纳米棒阵列（NRAS），它的比表面积大，纵横比高，电子的扩散长度短，还有直接的电子通路，是一种优越的光阳极材料，可以广泛地应用于催化、太阳能电池、超级电容器、二极管、光电探测器等。然而，由于较宽的带隙（如Eg=3.2 eV），他们在紫外区域只能吸收5%的太阳能光谱。此外光感应电荷的高结合率在不理想的光催化活性和光电流响应中会产生不可避免的结果。最近，人们已经努力来提高其可见光的吸收能力，包括与其他窄带隙半导体耦合，沉积贵金属，过渡金属离子掺杂和掺入碳材料。值得注意的是，与其他方法相比，由于在光电化学和光催化性能的协同效应 与其他窄带隙半导体如Fe2O3、CdS、WO3等耦合的方法得到了越来越多的关注。在半导体与能带间隙之间构建异质结，不仅可以促进对可见光的吸收能力，提高整体的能量转换效率，也可以提高光生电荷分离和转移效率。因此，它是用以研究高效新型催

杨晓彤 化学化工与环境学部

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化剂不可或缺的物质。

近年来，新型铋基半导体催化剂受到了越来越多的关注 (BiOX, X=Cl, Br,I)，卤氧化铋BiOX层状结构可以提供足够大的空间来极化相关的原子和轨道。同时，诱导偶极能有效地分离电荷，有利于提高光催化活性。此外，Bi 6s和O 2p轨道可以形成一个较好的杂交价带来满足有机氧化物的潜在需求。这些卤氧化铋化合物中，BiOBr是著名的光催化剂，是因为其在可见光照射下具有较好的活性和稳定的光催化性能。然而，由于量子场低，BiOBr催化活性缺乏足够的效率，但是它仍然是进一步提高光催化效率实际应用的伟大挑战。

构建异质结构是公认的提高光催化活性的有效策略,值得注意的是，异质结在调谐光催化剂所需的电子性能和高效分离光生电荷具有很大的潜力。与杂质掺杂方法相比，在双半导体与不同的带隙之间形成异质结可以更灵活的扩大可见光的吸收和降低成分敏感程度。在这项研究中，我们开发了BiOBr纳米粒子垂直对准包裹ZnO阵列作为一种高效的光电催化应用的光电阳极模型。图案1说明了ZnO/BiOBr异构光阳极的合成过程。BiOBr的引入已成为延长纯ZnO的可见光吸收范围的一种有效方法。另一方面，ZnO和BiOBr之间的异质结构可以显著提高分离效率和电荷传输速率，从而提高水分解性能和光电催化活性。基于估计的能量带位置和实验结果，一个可能的ZnO / BiOBr光阳极光电催化机制也被提出了。

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