新型高效铋基氧化物复合光催化材料的制备及降解水体中土霉素的研究

可见光响应的铋基氧化物光催化材料是当前研究的热点之一。如何进一步提高其光催化效率，是该系列材料研究的瓶颈与难点。本项目根据微/纳复合结构的中空p-n型复合半导体具有扩展光谱响应范围，促进光生电荷的迁移与分离，提高光能利用率等多重优点，通过超声化学和混合溶剂热新路线，合成中空的Bi2O3、BiVO4、Bi2WO6微米晶前驱体，进一步采用控制的热液刻蚀、同步生长技术，制备一系列具有微/纳复合结构的中空p-n型铋基氧化物复合材料，研究该新型铋基氧化物复合结构材料的形成机理，探讨其在可见光辐照下催化降解水体中土霉素的效率提高机制，揭示中空p-n型异质铋基氧化物复合材料的结构与光催化性能之间的规律关系，为制备高效、可见光响应、可循环利用的新型光催化材料提供新思路和新方法，对促进材料、化学、环境和能源学科的交叉融合，解决环境污染问题，具有重要的学术意义和潜在的应用价值。

可见光响应的铋基光催化材料的研究备受关注。如何进一步提高其光催化效率是该系列材料研究的瓶颈与难点。我们针对如何提高铋基光催化材料的效率进行了深入研究。我们发展了一种热液刻蚀、同步生长技术，通过控制刻蚀与新相成核、生长的速度，合成了核壳结构的BiVO4@Bi2O3，提出利用构筑p-n异质结来提高铋基光催化材料光催化活性的新策略，该方法现已被广泛采用。根据溶度积原理，我们设计了一种有限化学转化路线，合成了Bi2S3/BiVO4橄榄形微球，提出通过与能带结构匹配的窄带隙半导体的复合来提高铋基光催化材料效率的新思路，所制备的Bi2S3/BiVO4复合光催化材料展现出了良好的光催化活性且可以直接光催化降解水溶液中的土霉素。通过绿色的醇热路线，仅仅调节醇的类型，我们获得了系列不同化学计量比的碘氧化铋多级微球。经过系统的研究，我们发现不同组成的碘氧化铋具有明显不同的光催化活性。我们的研究结果表明通过精细调控铋系光催化材料的成分也是一种改善其光催化活性的有效途径。我们的研究发现，地球上元素丰富的氧化铁可作为非贵金属助催化剂，且可以几十倍的提高BiVO4的光催化活性。利用地球上丰富的元素作助催化剂为光催化剂的实际应用奠定了基础。另一方面，我们利用化学转化路线构筑了三元的TiO2/Bi2(BDC)3/BiOCl（BDC代表对苯二甲酸）纳米颗粒装饰的纳米片，该复合材料既具有优秀的光催化活性又具有理想的选择性。此外，我们也探索了一些新型纳米结构的光催化剂(如多级结构的BiOI、Bi2WO6、SnS2与SnO2)，新型光催化剂(NaY(MoO4)2)及新型复合光催化剂(氮掺杂的碳量子点/TiO2)。我们的研究为制备高效、可见光响应、可循环利用的新型光催化材料提供了新思路和新方法，相关研究具有重要的学术意义和潜在的应用价值。