Bi7Fe2Ti2O17Cl的可控制备及其光催化性能研究.pdf

摘要

半导体光催化技术具有高效、绿色、经济、环保等优势，是解决能源危机和

环境污染问题最具应用前景的技术之一。传统光催化剂(例如TiO、ZnO等)带隙

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较宽，只能对太阳光谱约5%的紫外光进行响应，太阳光利用率低，限制了在能

源和环境领域的广泛应用。Sillén-Aurivillius型铋(Bi)基卤氧化物因其独特的电子

结构和晶体结构、合适的带隙、优异的化学稳定性等优点，在光催化领域受到普

遍关注。然而，传统Bi基卤氧化物光催化材料因载流子分离效率低、表界面动力

学缓慢和导电性差等问题，严重影响了其光催化活性。为了解决上述问题，本论

文以Sillén-Aurivillius型半导体材料BiFeTiOCl为模板，通过缺陷工程、形貌

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工程、表面电荷调控等策略，强化光生载流子的分离和传输，揭示光催化机制机

理，具体研究内容如下：

通过超声波辅助技术在BiFeTiOCl材料中引入了氧空位。研究表明，在超

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薄BiFeTiOCl纳米片中，氧空位形成了施主能级，有效降低了光催化剂带隙，

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拓宽了光谱响应范围，增强了光吸收性能。最终，BiFeTiOCl的光催化CO还

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原和降解罗丹明B(RhB)的效率分别提高了2.16倍和3.87倍。捕获实验表明空穴

+-

(h)和超氧自由基(‧O2)是光催化氧化还原反应中的主要活性物种。能带结构分析

表明，超薄BiFeTiOCl纳米片具有更负的导带，更易产生‧O-，进而提高材料

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的光催化性能。

为提高光生载流子的分离效率，采用一步煅烧法将BiFeTiOCl与

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BiOCl进行耦合，构建BiOCl/BiFeTiOCl复合材料。对比不同质量比

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的复合材料，发现质量比为5%的BiOCl/BiFeTiOCl复合材料展现出最佳

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的光催化性能。优异的光催化性能归因于特殊的S型异质结构，有助于光生电子

和空穴的分离和转移，同时增强了光吸收能力。ESR证实，催化过程中的主要活

性物种是BiOCl的价带上产生的光生空穴和BiFeTiOCl的导带上产生的超

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氧自由基。这项工作旨在通过Bi基卤氧化物提供一种新的异质结构，以提高

BiFeTiOCl的光催化活性。

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金属Ag团簇能够降低了BiFeTiOCl中氧空位形成能。通过光还原技术将

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金属Ag团簇负载BiFeTiOCl纳米片上，并成功引入氧空位。含有5wt%Ag团

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