Bi2S3@MOFs核壳结构构筑及催化性能研究

通过横向与几种比例添加的Bi2S3样品相比,添加0.100g Bi2S3样品的时候,Bi2S3@MOFs复合材料在光催化实验中表现了出更好的吸附行为和光催化性能。


摘要:本次实验通过水热法,以纳米花状硫化铋为原料结合NH2-MIL-125(Ti)制备了复合催化材料,通过表征这种材料的物质组成和光催化性能,研究该材料的结构特点和光催化等性质,并与单一NH2-MIL-125(Ti)和Bi2S3光催化性能作比较,通过对比来证明该中新型复合材料性能是否更加优异,探索了不同比例的硫化铋和NH2-MIL-125(Ti)的最优配比并且讨论了它的光催化机理。结果表明,这两种物质之间形成的良好的异质界面效应提升了空穴和电子对的分离和转移,巨大的比表面积提供了更多的光催化活性位点,使光催化效率比单一的NH2-MIL-125(Ti)和Bi2S3有明显提高,当复合样品中NH2-MIL-125和Bi2S3的摩尔比为1:0.1时,光催化速率最快,光催化效率最高。

关键词: 硫化铋;有机金属框架;光催化;复合材料

Study on the structure and catalytic properties of Bi2S3@MOFs nuclear shell

Abstract:In this experiment, a composite catalytic material was prepared with nano flower like bismuth sulfide and NH2-MIL-125 (Ti) by hydrothermal method. By characterizing the material composition and photocatalytic properties of this material, the structure and photocatalytic properties of the material were investigated, and the photocatalytic properties of single NH2-MIL-125 (Ti) and Bi2S3 were compared. By comparison, it is proved that the performance of the new composite is more excellent. The optimum ratio of bismuth sulfide and NH2-MIL-125 (Ti) is explored and the photocatalytic mechanism of the composite is discussed. The results show that the good heterointerface effect between the two substances improves the separation and transfer of the hole and electron pair, and provides more photocatalytic activity sites than the surface area, which makes the photocatalytic efficiency of the single NH2-MIL-125 (Ti) and Bi2S3 significantly higher than that of the NH2-MIL-125 and Bi2S3 in the composite samples. When the ratio is 1:0.1, the photocatalytic efficiency is the fastest and the photocatalytic efficiency is the highest.

Keywords: bismuth sulfide;rganic metal framework;photocatalysis;composite materials

目录

1.绪论 1

1.1 引言 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 光催化的简述 1

1.2 金属-有机框架材料(MOFs) 2

1.2.1 金属-有机框架的简述 2

1.2.2 NH2-MIL-125(Ti)的简述 3

1.3 半导体光催化剂 3

1.3.1 半导体光催化剂的简述 3

1.3.2 半导体硫化铋的简述 4

1.3.3 纳米硫化铋的研究现状 4

1.3.4 纳米花状硫化铋的合成 4

1.4 纳米材料吸附性能的简述 5

1.5 本课题的主要研究内容 5

2.实验部分 6

2.1 实验试剂 6

2.2 实验设备 6

2.3实验过程 7

2.3.1 NH2-MIL-125(Ti)的制备 7

2.3.2 Bi2S3的制备 7

2.3.3 Bi2S3@NH2-MIL-125(Ti)的制备 7

2.4分析与检测 8

2.4.1 X射线衍射(XRD) 8

2.4.2 红外光谱测试(FTIR) 8

2.4.3 扫描电子显微镜(SEM) 8

2.4.4 X射线光电子能谱(XPS) 8

2.5 光催化性能测试 8

2.6 循环稳定性测试 9

3.结果与讨论 9

3.1 X射线衍射分析 9

3.2 红外光谱分析 10

3.3 SEM扫描电镜分析 10

3.4 X-射线光电子能谱分析 11

3.5 光催化性能测试 13

3.6 循环稳定性测试结果 15

3.7 光催化机理探究 15

4.总结 17

谢辞 18

参考文献 19

1. 绪论

1.1  引言

1.1.1 研究背景

化学工业和汽车尾气造成的环境污染已成为一个主要问题,尤其是水污染,对人类和生态环境都造成了不可避免的危害。光催化被科学界认为是解决化学污染问题的最有效途径之一。

有机染料是较为常见的一种污染物,对环境的污染主要有三种形式,第一是大气的污染,第二是土壤环境的污染,第三是水体有色的污染。而绝大多数的偶氮系的染料都能够让人发生各种过敏的症状,还可以被微生物分解后释放出多达30种左右的能导致癌症的芳香化合物,能引发人体 DNA的突变,增大癌变的风险,对人类的生存的威胁非常严重。有机废物主要有染色剂,农用肥料,苯,醚,增塑剂,酚醛等。无机有害物质和重金属废物主要有镍、硒、汞、铅、锑等,它们可以让纤维素材料以及其他材料被着色。如果水中含有大量染料,将严重影响水生生物的存活状态,破坏水环境中生物圈。被化工工业遗弃的染料导致严重的污染。而光催化被认为是科学界的一种解决方案,化学染料污染问题的最有效手段之一。