摘要
本文通过水热法对几种不同光催化剂进行复合和放电等离子烧结(SPS)技术对样品进行自掺杂等手段以构造异质结，并评估了几种不同异质结其对光催化性能的影响，通过X射线衍射仪分析样品晶相组分等信息，扫描和透射电子显微镜研究样品微观结构与形貌、紫外可见吸收、瞬态光电流、荧光光谱等手段分析样品的光学和电学性能，推论出这些异质结对光催化性能提升的影响机制。 在第一章中，主要论述了当前面临的资源和环境污染议题，简要概述了光催化技术及其应用，提出了当前制约光催化剂实际商业化应用的一些掣肘，如实际光吸收范围窄，光生电荷迁移速率慢、复合率高，催化效率不高等弊端，并相应讨论了几种针对这些问题的调控手段。介绍了非计量比氧化钨W18O49光催化剂结构、性质和不同制备手段及光催化应用。 在第二章中介绍了C3N4的结构、性质和不同制备手段，并以三聚氰胺和WCl6为原料分别制备了C3N4纳米片和纳米棒组成的海胆状W18O49团簇以及相应的复合样品C3N4/W18O49，通过光照下2h内降解亚甲基蓝衡量复合前后样品光催化性能，结果显示复合后的样品降解率明显提高。通过UV-vis、I-t、EIS等光学电学性质表征发现C3N4/W18O49异质结的形成显著降低了光催化剂的内阻，加速了载流子迁移速率，促进电子-空穴对分离。 第三章在第二章的基础上结合形貌调控并选取Ti3C2制备出具有双层空心球壳结构内部复合Ti3C2颗粒的三元复合光催化剂。利用模板法以SiO2微球为模板分多步制备了C3N4、W18O49、C3N4@Ti3C2、W18O49@C3N4@Ti3C2球壳并通过SEM、TEM表征方法进行验证，用光解水产氢和光降解测试评估了几种空心球样品的光催化活性，W18O49@C3N4@Ti3C2在两项测试中均展示出最佳性能。随后通过光电流、光致发光光谱、UV-vis等测试研究样品的光电性能和能带信息以分析光催化能力提升的机制。由于中间的C3N4的功函数最小，在光生电子被激发后会流向两侧的Ti3C2和W18O49，这有效地促使载流子分离，提高了光生载流子利用率，并且内部的Ti3C2纳米颗粒还可以为光催化提供更多的活性位点。外层的W18O49可见光吸收范围大，配合球壳内部的空心腔体可以通过多次反射将入射光线捕获在颗粒内部，这些都促进样品的光吸收能力增强，因此在形貌调控和各组分异质结的协同作用下，DSCWT显示最佳光催化性能。 在第四章中介绍了多铁材料铋铁氧和SPS技术，通过水热法制备了纯Bi2Fe4O9，通过SPS烧结温度得到了自掺杂Bi2Fe4O9/Bi25FeO40纳米颗粒，并调节不同的SPS温度，控制异质结比例。通过XRD结果验证了Bi25FeO40的生成，并根据峰的强度计算出组织构成，在TEM图片中分别观察到两种物质的晶格条纹。用MB的水溶液降解衡量样品光催化性能的变化，SPS600显示出最好的光降解性能，用PL、EIS等手段研究光电性能，发现Bi2Fe4O9/Bi25FeO40异质结的生成降低了光催化剂的电荷转移内阻，降低了光生载流子复合数目。莫特-肖特基表明Bi2Fe4O9/Bi25FeO40异质结的存在使导带明显下移，结合紫外吸收的得到的带隙宽度，可以进一步算出样品的价带，发现SPS600的价带比纯Bi2Fe4O9更正，意味着具有更强的氧化能力，能把溶液中的有机物分解。
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