摘要
随着社会工业的迅速发展，大量未经处理的化学污染物被排进河流湖泊中，造成了严重的水污染问题，其中来源于工业的重金属离子和有机污染物会严重危害人类的身体健康。光催化是解决水污染问题的有效技术之一，但传统光催化剂有许多缺点，如带隙较宽，可见光利用率有限，光催化效率较低等。因此开发稳定高效，绿色环保的新型光催化剂是十分必要的。由于具有独特的结构，优良的导电性，优秀的亲水性和稳定性等特点，新型类石墨烯二维材料Ti3C2MXene可作为助催化剂用于半导光催化剂的改性。因此，本论文通过简单可控的方法合成了三种环境友好的可见光催化剂，并将其与Ti3C2MXene有效复合，目的是获得更高性能的复合光催化材料，并揭示其去除有机污染物和重金属离子的光催化机理。 首先，利用溶剂热法成功合成了二维α-Fe2O3纳米片，同时，利用MAX相陶瓷成功地制备了二维层状Ti3C2MXene，并在超声波辅助的条件下，利用自组装法合成了α-Fe2O3/Ti3C2MXene复合光催化材料。本文系统研究了α-Fe2O3/Ti3C2MXene复合材料的形貌、晶体结构、光捕获能力、表面原子化学状态以及可见光催化性能，并提出了一种可能的电荷转移机理。结果表明：由于二维α-Fe2O3纳米片和Ti3C2MXene片层的相互结合，获得了大量的异质结构，有效提高了α-Fe2O3的可见光吸收能力和光生电子-空穴分离效率。经过120分钟的可见光照射后，α-Fe2O3/Ti3C2MXene复合材料对罗丹明B的降解率可达到98%，且在经过四个催化循环后，降解率依旧能够保持在95%，展现了良好的光催化活性和循环稳定性。 其次，采用一步水热法成功合成了磁性α-Fe2O3/ZnFe2O4异质结，并通过超声波辅助自组装法制备了可磁性分离的α-Fe2O3/ZnFe2O4@Ti3C2MXene光催化剂。本文系统研究了该催化剂的形貌、晶体结构、光捕获能力、表面原子的化学状态以及可见光光催化性能。结果表明：由于Ti3C2MXene良好的导电性，有利于光生电子的转移，有效抑制了光生电子-空穴的再复合。经过150分钟光照后，10wt%α-Fe2O3/ZnFe2O4@Ti3C2对罗丹明B的降解率可达到98%以上，反应速率是磁性α-Fe2O3/ZnFe2O4的2.94倍，经过四次循环测试，降解率依旧保持90%以上。除此之外，α-Fe2O3/ZnFe2O4@Ti3C2复合材料对Cr(VI)的吸附性能良好。 最后，采用一步水热法成功地将BiOI均匀沉积到二维Ti3C2MXene表面，获得了二维层状BiOI/Ti3C2MXene复合材料。本文系统地研究了该催化剂的形貌、 晶体结构、光捕获能力、表面原子的化学状态以及可见光光催化性能，结果表明：BiOI均匀沉积在层状Ti3C2MXene的纳米片上，形成了二维层状结构的复合物，经过50分钟光照后，BiOI/Ti3C2MXene复合材料对罗丹明B的降解率可达到99%以上，经过五次循环测试后，降解率次依旧可保持在95%以上，此外，相较于纯BiOI，BiOI/Ti3C2MXene复合材料在光催化还原Cr(VI)方面也表现出更优良的催化活性。
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