Bi薄膜与非晶态Bi2O3薄膜的制备及其光催化性能的研究.pdf

中文摘要 摘 要 光催化是环境污染治理的一个重要的手段之一，传统的光催化材料一般使用 TiO2 纳米颗粒对水体进行催化降解。但随着对TiO2 光催化材料的研究越来越多， TiO2 光催化材料的缺点也逐渐暴露出来。目前，科研人员主要采取掺杂或者复合 的方式对TiO2 进行改性来提高其对太阳光的利用率以及光催化性能。同时，人们 在也探索一种新型的光催化材料来代替传统的TiO2 光催化材料。其中，Bi 基光催 化材料不仅具有无毒、稳定的性质，并且还是一种禁带宽度窄、价带空穴氧化性高 的可见光驱动的新型光催化材料，近年来受到了人们的广泛关注和研究。Bi O 是 2 3 最简单的Bi 基光催化材料之一，不少学者对其进行了掺杂改性，让其光催化性能 得到了不小的提升，但这些研究大多数都集中在晶态 Bi O ，而对非晶态的Bi O 2 3 2 3 研究较少。同时，近期不少科研人员发现半金属Bi 作为一种单质材料也具有光催 化性能，并且对罗丹明B 、亚甲基蓝等染料以及NO 等污染气体具有一定的光催化 效果。所以本文利用磁控溅射法分别制备了Bi 薄膜和非晶态Bi O 薄膜，通过优 2 3 化工艺参数对薄膜的光催化性能进行了具体的研究。 本文采用磁控溅射法成功制备了Bi 薄膜，利用XPS 、XRD 、SEM、台阶仪、 电化学法等方法对薄膜进行了表征，对薄膜表面的成分、物相进行了分析，XPS 和 XRD 分析表明，制备的Bi 薄膜表面有一层非晶态的氧化铋，同时利用电化学法研 究了表面氧化层对其光电性能的影响。以 10mg/L 的甲基橙溶液的降解率为评判 标准，在模拟可见光下Bi 薄膜对甲基橙的降解率仅为2.6%，而在180W 的氙灯照 射60min 后Bi 薄膜对甲基橙溶液的有效降解率达到了78.85% 。 为了研究非晶态Bi O 的光催化效果，本文使用磁控溅射法成功在石英玻璃上 2 3 制备了非晶态Bi O 薄膜，分别使用XPS 、XRD 、Uv-vis DRS 、SEM 等现代分析 2 3 手段对薄膜进行了表征。XRD 和XPS 表明制备的薄膜为非晶态Bi O ，通过SEM 2 3 和台阶仪的分析，薄膜表面均匀平整，薄膜表面几乎无任何杂质和大颗粒，同样以 10mg/L 的甲基橙溶液的降解率为评判标准，在模拟可见光下照射240min 后非晶 态Bi O 薄膜对甲基橙的有效降解率达到了极限值 73.91%，而在 180W 的氙灯下 2 3 照射60min 后对甲基橙的有效降解率达到了94%，试验证明非晶态Bi O 薄膜在可 2 3 见光和氙灯下都具有良好的光催化性能，并且循环试验表明薄膜在连续使用 4 次 对甲基橙的降解率都达到了90%以上，在连续使用7 次后薄膜的光催化性能有明显 的降低，并且随着反应副产物的累计，薄膜在连续使用11 次后基本丧失光催化性 能。 I 重庆大学硕士学位论文 关键词：光催化；磁控溅射法；Bi 薄膜；非晶态Bi O ；