BiPO_4薄膜光电污染物...2O_2加强降解性能的研究.pdf

摘要

摘要

光电催化污染物降解因其更加高效、节能和无毒无害等优点而受到越来越多的关

注，源于偏压的外部电场可以促进光生电子和空穴的分离，继而充分地加速降解。截至

目前，研究者们已经开发出了很多光电极材料，如TiO、BiVO和WO等。然而，它们

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的光电催化活性因能带结构的不合适和载流子分离效率较低而受到限制。并且，部分催

化剂较宽的带隙也导致了它们对太阳光的不充分利用。因此，具有高光电催化降解活性

的光电极仍然需要被探索。据报道，BiPO4粉体对亚甲基蓝（MB）降解的光催化活性为

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TiO2的两倍，高活性一方面是由于BiPO4的价带较深，促进了空穴氧化OH产生强氧化

性的·OH，另一方面是由于BiPO4更高的电子-空穴对分离效率。但是对于BiPO4的应用

也存在着一些缺点，如较宽的带隙仍然限制着它对太阳光的利用，电子空穴的快速复合

以及反应后粉体需从系统中分离等。本论文以单斜相BiPO4薄膜为改性的母体材料，合

成了具有高光电催化活性与可见光响应的Au/BiPO4薄膜和AgI/BiPO4异质结薄膜。研

究了电解液HF浓度对BiPO4薄膜晶相、形貌和性能的影响，评估了系列BiPO4薄膜光

电化学制备HO与光电污染物降解的催化性能，并揭示了原位制备HO使降解活性增

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强的机制，主要研究内容与结论如下：

（1）通过阳极氧化法合成了具有优异光电催化活性的独居石单斜相BiPO4纳米棒

薄膜。通过XRD与SEM研究了它的晶相与形貌，利用XPS和压汞测试研究了它的组

成与孔径分布。光电催化降解实验结果表明最优的BiPO4薄膜在30min内即可将MB

降解至10%以下。优异的光电催化活性源自于其合适的晶相、较小的纳米棒直径以及较

高的载流子分离效率。

（2）采用光电沉积法在BiPO4薄膜上负载Au纳米粒子，制备了具有可见光响应和

增强紫外光活性的Au/BiPO4薄膜光阴极。Au的等离子体共振效应拓宽了BiPO4薄膜的

光谱吸收范围。并且，Au/BiPO薄膜在紫外光下光电催化制备HO的活性为BiPO薄

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膜的1.8倍，这是由于从BiPO4到Au的电子转移提高了光生载流子的分离效率。

Au/BiPO4光阴极在紫外光下15分钟内将MB降解至10%以下，光电降解活性相对于

BiPO4光阳极大幅提升。活性物种捕获实验表明，·OH是降解过程中最主要的活性物种，

它通过阳极水氧化或阴极产生的HO分解而生成。

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（3）通过暗室沉积-沉淀法构建了AgI/BiPO4异质结薄膜，研究了其在紫外光和可

见光下光电制备HO和降解典型有机污染物MB的催化活性。结果表明，AgI/BiPO薄

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膜光阳极制备HO的活性为BiPO光阳极的2倍，增强的活性源于异质结导致的载流

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子分离效率提高。光电降解过程中检测到了HO的产生，增强了降解