能源危机和环境污染是本世纪人类面临的重大课题,开发清洁和可再生能源已经受到世界各国的共同关注。太阳能是人类取之不尽、用之不竭的绿色清洁能源,太阳能光催化已成为新能源开发和环境净化的重要研究方向。铋系光催化剂在可见光区具有良好的光催化性能,成为研究的热点。本论文围绕构建二维纳米结构以及特定活性晶面暴露的铋基可见光催化材料,研究其在可见光下染料降解性能和抗菌性能,通过光电化学表征手段研究其光催化活性提高的内在原因。主要研究内容如下: 采用水热合成法通过氨水改变pH值来调控BiVO4纳米片光催化剂的合成。详细讨论了pH值对合成钒酸铋的晶相、形貌和晶面的影响。在pH分别为0.5、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0时制备的样品为单斜白钨矿型钒酸铋;在pH分别为1.0、1.5、2.0时制备主要是四方锆石相钒酸铋,并伴随有少量的单斜白钨矿型钒酸铋。研究制备的钒酸铋可见光催化材料降解罗丹明B的光催化活性,并分析了原因。当pH为3.0时合成的钒酸铋,吸光范围宽,降解RhB效果好。当达到pH为4.0时(040)晶面暴露相对比例最大,光电流密度高。研究了二维BiVO4纳米片的合成,同时光电化学实验证明二维BiVO4纳米片有利于光生载流子的分离和迁移。 通过一步水热法合成了BiVO4和氧化石墨烯(GO)复合的RGO/BiVO4纳米片光催化剂,采用各种分析手段对材料的物相结构、微观形貌、光吸收性能等进行了一系列表征。由于氧化石墨烯(GO)的诱导,合成的RGO/BiVO4纳米片(040)晶面优势增长。通过拉曼光谱和光电子能谱的分析,表明实现了GO的还原和BiVO4的生成。RGO/BiVO4对罗丹明B的降解能力提高,其中以2.5%RGO/BiVO4的降解性能最好。获得了在氧化石墨烯表面生长二维BiVO4纳米片的晶体生长机理,并用光电化学手段分析了其对光生载流子的分离和迁移的影响。 在氧化石墨烯作用下,通过一步水热法合成了晶面优势增长的RGO/Bi2MoO6复合光催化剂。RGO/Bi2MoO6复合材料的光催化抗菌性能是纯相Bi2MoO6的5~6倍。在制备过程中GO可以起到结构导向剂的作用,从而使(060)晶面优势增长。此外,由于石墨烯的高导电性和Bi2MoO6二维结构以及生成的少量Bi2O3所形成的异质结促进了电荷分离,抑制光生空穴-电子对的复合,提高了RGO/Bi2MoO6复合材料的光催化活性。通过光电化学手段同时研究了复合材料(060)晶面的优势生长大大降低了薄膜电极与溶液界面的阻抗,因而提高了光电转化性能。 采用简单的无模板水热法,在较温和的反应条件下制备不同形貌和晶面暴露的Bi2Fe4O9二维纳米光催化剂。通过调整矿化剂NaOH溶液的浓度,可以控制铁酸铋材料的合成。采用10mol·L-1NaOH溶液合成了具有(001)晶面优势增长的纯相Bi2Fe4O9二维纳米材料,并且分析了其晶体生长机理。在可见光照射下,对合成的光催化剂降解罗丹明B的行为进行了探究,得到晶面结构、形貌与光催化降解性能的关系。在合成的Bi2Fe4O9光催化剂中(001)晶面优势增长的Bi2Fe4O9有利于电荷分离,但由于存在中间带隙,光催化剂活性也受到抑制。利用在可见光下Bi2Fe4O9和双氧水产生的光-类芬顿效应提高了光催化剂活性。采用EDTA和Bi2Fe4O9作用活化双氧水显著增强了罗丹明B的降解性能。对光-类芬顿效应和EDTA增强的光-类芬顿效应提高污染物降解性能的机理进行了分析。