层状铋系半导体光催化剂的设计及性能探究

发布时间：2024-03-07 00:06

　　随着工业化经济的不断发展,环境污染问题日益严重,特别是存在于工业废水中的有机污染物和细菌严重污染了人类赖以生存的土壤和饮用水。在众多治理措施中,绿色高效的半导体光催化技术可以直接利用太阳能降解有机污染物并且杀灭水中的细菌,对解决水污染问题具有重要意义。在半导体催化剂通过氧化还原反应降解有机污染物的过程中,影响氧化还原能力的因素主要是半导体对光的吸收能力和其内部光生电子空穴的分离速率。禁带宽度大的半导体对光吸收能力弱,但是电子空穴分离的速率高;禁带宽度小的半导体可以吸收更多的可见光,但是其导带价带距离接近不利于电子与空穴分离。因此,提高宽带隙半导体的可见光吸收能力与有效分离窄带隙半导体内部的电子空穴成为了目前国内外研究的重点与热点。层状铋系半导体是一类新型的半导体催化剂,它们种类繁多,无毒无害,物理化学性能稳定且具有优良的光催化活性,同时因其具有独特的层状结构和良好的可见光响应而受到了广泛的关注。层状铋系化合物由(Bi₂O₂)²⁺层与层间不同的离子构成堆叠的三明治结构,电子与空穴在层与层之间转移,有利于电子空穴对的分离和化...

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.1半导体的催化过程示意图[14]

西北大学博士学位论文2但是，一些层状铋系半导体材料仍然只能吸收紫外光和小部分可见光，这极大限制了层状铋系半导体催化剂的应用。因此提高层状铋系半导体催化剂的可见光响应范围与改善光催化反应过程中的氧化还原效率成为研究的主要方向。本论文主要通过离子掺杂，氧空位构建，异/同质结构建等方法....

图1.2常见半导体的导带价带位置分布[17]

西北大学博士学位论文4分存在于半导体内部的电子与空穴则会发生复合生成电子空穴对。光生电子空穴的复合与分离是一个竞争的过程，即复合的电子空穴越多，用于发生氧化还原反应的电子和空穴就越少，因此通过对半导体的改性修饰来抑制其内部电子空穴的复合速率，可以提高光催化过程的效率。图1.2常见....

图1.3异质结的三种不同电子转移机理示意图

西北大学博士学位论文8定它们的转移机制。因此从分离电子空穴的角度来看，构建半导体异质结是提高光催化性能最为有效的一种方式。图1.3异质结的三种不同电子转移机理示意图。1.3铋系半导体光催化剂的研究现状铋元素是存在于自然界的一种具有低放射性与毒性的重金属元素，对人体没有危害，也称之....

图1.4常见铋基化合物的导带价带位置分布[47]

第一章绪论9图1.4常见铋基化合物的导带价带位置分布[47]1.3.1氯氧铋氯氧铋(BiOCl)是一种PbFCl型的四方晶系半导体，其结构如图1.5所示，由沿着c轴方向的[Bi2O2]2+层和双层Cl-层通过范德华力交替排列构成，这种具有各向异性的特殊层状结构使得BiOCl显示出....

本文编号：3921082