摘要
工业化发展和人口快速增长导致环境污染严重和能源短缺，致使人们对改善环境、开发新能源提出新的诉求。光催化技术具有高效、环保、经济的优势，是治理环境污染的有效手段之一，而该技术的核心是光催化剂。在诸多新型半导体光催化剂中，BiOI因其独特的层状结构、窄带隙、有效的光生载流子分离等特点引起了广泛关注。目前的研究重点是克服其光生电子-空穴对复合率高、能带位置不佳和回收困难的缺点，以提高其光催化性能，满足实际水环境的治理要求。 本论文对BiOI光催化剂的形貌进行了调控，构建了BiOI/CoFe2O4、BiOI/g-C3N4和BiOI/SnS2三种半导体异质结复合材料，以提高BiOI光催化材料中光生电荷的分离能力。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、能量色散X射线能谱（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见漫反射光谱（UV-VisDRS）、傅立叶红外光谱（FT-IR）、光致发光谱（PL）对材料的物相结构、微观形貌、光学性质进行表征，并测试光电化学和光催化性能，探究三种复合材料的光催化机理。具体的研究内容如下： 一、采用共沉淀法，通过改变反应溶剂、调整pH值，制备了三维花状、二维片状以及微球状的四方相BiOI光催化剂。花状结构BiOI的粒径分布在1μm左右，微球状BiOI的平均粒径约为0.51μm，而片状BiOI的厚度约为40nm。其中花状BiOI带隙最窄，为1.93eV，可见光响应能力较强。而BiOI微球在氙灯照射90min时，降解了92%的RhB，表现出最佳的光催化活性。结晶性、微观形貌和粒径尺寸协同影响BiOI半导体材料的光催化性能。 二、通过水热法制备了立方尖晶石结构CoFe2O4纳米颗粒，然后通过共沉淀法合成可磁回收的花状BiOI/CoFe2O4复合光催化剂。球形CoFe2O4纳米颗粒均匀分布在三维花状BiOI的纳米片表面，形成BiOI/CoFe2O4直接Z型异质结。PL光谱和瞬态光电流响应表明，BiOI/CoFe2O4半导体异质结降低了光生电子-空穴对的复合率，促进了其迁移和分离。BiOI/CoFe2O4纳米复合材料表现出优异的可见光吸收能力，在模拟太阳光照射下的光催化性能优异，其中BiOI/CFO-3光催化剂的带隙最小，光催化活性最佳。BiOI/CFO-3光催化剂经过3次循环使用后，降解效率仍达到80.24%，具有优秀的循环稳定性。 三、g-C3N4样品通过高温煅烧法制得，采用共沉淀法合成BiOI/g-C3N4半导体复合材料。复合样品中含有花状四方相BiOI与片层状g-C3N4，存在C、N、O、Bi、I元素。BiOI/g-C3N4复合材料的可见光吸收能力优于纯g-C3N4，光催化活性更佳，其中BiOI/g-C3N4(2:1)的一阶动力学反应速率常数分别是纯g-C3N4和纯BiOI的7.4倍和1.6倍。另一方面，·O2-和h+在光催化降解RhB染料过程中起主要作用。BiOI/g-C3N4复合材料中的光生载流子以type-I型异质结机制迁移。 四、采用水热法制备了花状SnS2，然后通过共沉淀法合成二元BiOI/SnS2复合样品。复合样品中含有四方相BiOI和六方纤锌矿SnS2，表明BiOI与SnS2成功复合。BiOI/SnS2-4材料的比表面积高达111.1275m2/g，有利于吸附RhB和增加反应活性位点。BiOI/SnS2-2光照90min时降解了76.8%RhB染料，具有最佳的光催化活性。·O2-和·OH在BiOI/SnS2复合样品光催化降解RhB的过程中起主要作用。BiOI/SnS2复合材料光催化性能的提高源于p-BiOI与n-SnS2形成了type-Ⅱ异质结，使得光生电荷快速分离，且降解过程中能够产生较多的活性自由基。
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