摘要
随着工业发展，环境污染和能源短缺问题日益严峻，严重威胁人类未来健康和生存。光催化技术可以利用光催化剂将太阳能转换为化学能，驱动化学反应，有效解决以上难题。无机半导体材料具有独特的电子结构和良好的光催化活性，已被广泛探索并应用于光降解有机污染物、光解水制氢、空气净化等多种环境净化和能源转换过程。作为一种可见光驱动的光催化剂，溴氧化铋(BiOBr)因其化学稳定性、低毒性和合适的带隙而被广泛研究。然而，BiOBr 的光生载流子复合率较高，限制了其光催化活性的进一步提升。为了克服这一问题，提高催化性能，本文以 BiOBr 为基底，构建了一系列三元复合光催化剂，并对所制备的催化剂进行表征，研究了复合材料的光催化性能及机理，主要研究内容如下： 1. 通过一锅水热法合成了 α-Fe2O3/BiOBr/g-C3N4 (FBC)三元复合材料，其在可见光下表现出优异的光催化活性。在可见光照射下，含 5.2%α-Fe2O3的 FBC 可在 30 min内降解 92%的环丙沙星(CIP),60 min内降解 84%的四环素(TC)。通过调整成分比例优化光催化性能，含 5.2%α-Fe2O3的 FBC可在 2 h内去除 94%的环丙沙星(CIP, 10 mg/L)同时产氢速率可达 2.57 mmol·g-1·h-1；含 2.4%α-Fe2O3的 FBC可在 2 h内去除90%的左氧氟沙星(LVX, 10 mg/L)，同时产氢速率可达 1.86 mmol·g-1·h-1。 2. 通过分步水热法合成了 WO3/BiOBr/g-C3N4 (WBC)三元复合材料，研究了不同WO3和 g-C3N4负载量对其光催化降解性能的影响，并对其机理进行探究。结果表明， WO3和g-C3N4的引入不仅使BiOBr的光吸收性能增强，而且可降低电子空穴的复合率。当 WO3和 g-C3N4所占质量比分别为 5%和 7%时，所制备的三元复合材料光催化性能最佳，在可见光照射 60 min后，对四环素(TC)溶液的降解率为 90%。 3. 通过溶剂热法合成了 CeO2/BiOBr/g-C3N4 (CBC)复合材料，对其在可见光下降解四环素(TC)的性能进行了评估。光催化性能测试表明，优化后制备的含 6% g-C3N4的 CBC在可见光照射 60 min后使 TC的降解率达到 95%。探究了 CBC的光催化机理：CeO2和 g-C3N4的加入可以增强 BiOBr 的可见光利用率并且有效地降低载流子的复合率，进而使BiOBr的光催化性能显著增强。 本工作为溴氧化铋基复合材料的制备及其在光催化领域的应用奠定了基础。
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