三维立体GR/有序介孔Bi2MoO6 异质结的设计合成及可见光催化性能

Semiconductor photocatalysis is one of promising pollution control techniques with practical application value, extending light absorption spectrum and enhancing the photocatalytic efficiency are the key scientific problems. Aiming to enhance their photocatalytic ability by the way of elivating the light absorption ability, photogenerated charge separation efficiency and interfacial reaction rate, the three-dimentional graphene (GR)/ ordered mesoporous BiMoO6 (m-BiMoO6) heterojunctions will be constructed as the visible-light-driven photocatalysts. The formation mechanism and the optimization of formation conditions will be firstly explored, and the fabrication method of the heterojunctions will be got. And then, the photocatalytic performance of the heterojunctions to elimate the water borne refractory pollutants will be evaluated. With the outcomes, the relationship of the micro-structure of the heterojunctions and their photocatalytic ability, the key factors affecting the photocatalytic ability, and mechanism of the photocatalytic elimanition of the pollutants will be obtained. These results will surely provide fundamental basis for the research of the efficient visible-light-driven photocatalysts and the degradation of the water borne refractory pollutants.

半导体光催化技术是具有较好的应用前景的污染控制新技术之一，如何开发可见光响应的催化剂和提高量子效率是光催化技术急需解决的关键科学问题。本研究基于提高光催化剂的光吸收性能、光生电荷分离能力以及快速界面反应速率的视角，提出构建三维立体石墨稀(GR)/有序介孔Bi2MoO6(m-Bi2MoO6)异质结可见光催化剂，阐明其形成机理及构建过程的结构优化机制，获得光催化性能稳定的三维立体GR/m-Bi2MoO6的制备方法；期待在实现可见光吸收的同时，设计合成出具有较高光催化效率的新型异质结光催化剂，并研究其可见光催化降解水中难降解污染物的降解性能；阐明三维立体GR/m-Bi2MoO6催化剂的微观结构与其光催化性能之间的构效关系，分析影响其光催化性能的关键因素，探明其可见光催化降解水中污染物的降解机理、规律特点及反应机制。本项目的完成对于可见光催化剂的研究以及降解水中难降解污染物均有重要的科学意义。

光催化技术是具有较好应用前景的污染控制新技术之一，如何开发可见光响应的催化剂和提高量子效率是光催化技术急需解决的关键问题。本研究基于提高光催化剂的光吸收性能、光生电荷分离能力以及快速界面反应速率的视角，构建了多种新型可见光催化剂。1. 采用真空辅助浸渍法，以钼酸铋非晶态络合物为前驱体合成了有序介孔钼酸铋光催化剂。有序介孔结构不仅能够增强催化剂的光捕获能力，同时还能够有效地抑制光生载流子的再复合，因此所合成的有序介孔钼酸铋光催化剂展现出较普通块体钼酸铋光催化剂更加卓越的光催化活性。 2. 通过一步溶剂热策略制备了石墨相氮掺杂碳量子点、铋纳米晶共修饰超薄钼酸铋空心球。金属铋的表面等离子体共振效应以及氮掺杂碳量子点的上转换效应协同拓宽了钼酸铋催化剂的光吸收及利用范围，同时超薄壳层的介孔空心结构也有效的提高了催化剂的光吸收能力及光生载流子分离效率，使催化剂展现出卓越的光催化活性。3. 通过静电自组装策略将石墨烯量子点并入到了介孔钼酸铋框架之中，石墨烯量子点独特的光敏化机制显著提高了钼酸铋光催化剂的光捕获范围，提高了催化剂的光电转换效率。此外，石墨烯量子点独特的过氧化氢酶性质，有效促进了光生过氧化氢向羟基自由基的转化，最终显著提高了催化剂的光催化性能。 4. 通过一步溶剂热法合成了介孔核壳结构的钼酸铋光催化剂，并通过在氢气气氛下煅烧赋予了其表面丰富的氧缺陷。该催化剂不仅展现出了极高的光电转换效率，能够吸收和利用长波长的可见光乃至近红外光，在光驱动合成氨反应中展现出了卓越的光催化固氮活性。 5. 采用一步溶剂热法制备了超薄纳米片组装而成的钼酸铋介孔空心球，得益于子单元超薄的厚度以及巧妙的介孔中空结构，所合成的催化剂拥有出色的光电转换效率以及丰富的表面活性位点，因而展现出较高的光催化水氧化活性。. 本研究合成了多种新型高效可见光光催化剂，具有很高的光催化降解污染物、光驱动合成氨和光催化水氧化活性。