摘要
光催化技术是将太阳能转换及储存的一种新型技术，其在环境和能源领域具有很大潜力，比如裂解水制氢以及降解污染物等。目前已经开发了大量半导体光催化材料利用太阳能以解决能源和环境问题，但是这些光催化材料大多数只能响应紫外光或者可见光，而对在太阳能光谱中占比较大的近红外光利用不足，并且它们的光催化性能无法满足大规模推广。因此需要设计制备可以响应近红外光或者响应全光谱的半导体光催化纳米材料来解决上述问题，并且要保证所设计的光催化材料的光催化性能。 基于石墨烯大的比表面积和良好的导电性等优点，本文首先制备了可以响应近红外光的Cu2(OH)PO4/rGO光催化复合材料。石墨烯增强了Cu2(OH)PO4对近红外光的吸收，同时石墨烯为光催化反应提供大量的反应活性位点，还可以促进光生载流子的分离，从而增强催化效率。另外充分利用Cu2(OH)PO4的结构特征，即其在光催化过程中产生的CuI可以和外加H2O2发生类芬顿反应，产生具有强氧化性的.OH，进一步加强了其光催化效果，这是目前其它光催化材料所不具备的。另外根据稳定性试验，表明Cu2(OH)PO4/rGO具有较好的循环稳定性。因此根据试验结果和材料本身特性，提出了Cu2(OH)PO4/rGO光催化降解有机污染物的光催化机理。 另外，在本论文中设计制备了可以响应全光谱的铋纳米颗粒/石墨烯异质结光催化材料（c-BGHs），石墨烯与铋纳米颗粒表面的一层低价铋的氧化物存在强烈的相互作用，形成了高质量的异质结，经研究发现c-BGHs中的石墨烯不仅具备和Cu2(OH)PO4/rGO中石墨烯一样的功能，而且可以抑制c-BGHs在煅烧过程中铋纳米颗粒团聚的现象，从而保证其本身的光催化性能不受影响。另外通过光催化降解实验证明c-BGHs可以响应紫外光、可见光和近红外光，并具有较强的光催化性能，研究表明c-BGHs之所以能够响应全光谱是因为铋纳米颗粒具有较小的禁带宽度。此外通过能级位置对比及相关捕获实验，提出了c-BGHs的光催化机理。 通过对制备的石墨烯基半导体纳米材料的物性表征、光催化性能及其稳定性研究，表明石墨烯基半导体纳米材料相对于单一材料拥有更好的光催化性能，为探索稳定高效的光催化纳米材料提供了新的思路。
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