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摘 要

当前，随着社会经济的发展，能源环境问题得到越来越多的关注，半导体光催化剂被认为是一种能够利用太阳能解决上述问题的有效绿色且非常有潜力的材料。耦合两个半导体材料，通过调整适当的能带位置形成异质结构，从而提高光生载流子的分离效率和抑制电子空穴对的复合。本文通过吸附沉积法制备出BiPO₄/CdS异质结构纳米棒光催化剂。通过XRD、FESEM对其形貌结构进行表征，同时进行降解实验对它的催化活性进行表征。结果表明，我们成功制备出BiPO₄/CdS异质结构纳米棒，该复合物由直径约160nm、长约1μm的单斜相BiPO₄以及直径约10nm的六方相CdS量子点组成。与此同时，复合材料的催化降解性能相比于不复合的都有所提升，最佳的降解性能是BiPO₄的1.40倍，CdS的7.50倍。

关键词：异质结构半导体；光催化；CdS；BiPO₄

ABSTRACT

Presently, with the rapid development of social economy, the energy shortages and environmental pollution have been given more and more attention. Semiconductor photocatalysts have been regarded as an efficient, green, and promising solution for these problems. Compound of two semiconductor materials with suitable gap position for the efficient separation of photogenerated charge carriers and retard the recombination of electron-holes. BiPO₄/CdS heterostructure nanorods photocatalyst, composed of monoclinic BiPO₄ with an average size of 160 nm in diameter and lengths of about 1 μm and hexagonal CdS-QDs with an average diameter of ~ 8nm. Meanwhile, the composites exhibited enhanced photocatalytic activity and the optimum photocatalytic activity about 1.40 and 7.50 times higher than that of BiPO₄ and CdS, respectively.

KEYWORDS: heterostructure semiconductor; photocatalyst; CdS; BiPO₄

目录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 半导体光催化剂的催化机理 2

1.3 半导体光催化剂催化活性的影响因素 2

1.4 BiPO₄光催化剂 3

1.4.1 BiPO₄的结构与性质 3

1.4.2 BiPO₄的制备方法及研究现状 4

1.5 BiSO₄的改性增强 5

1.6 本论文的选题意义和研究内容 9

1.6.1 选题意义 9

1.6.2 课题研究内容 9

第二章 BiPO₄/CdS异质结构纳米晶的制备 10

2.1 引言 10

2.2 实验试剂和仪器 10

2.3 制备单斜相BiPO₄纳米棒 11

2.4 CdS纳米颗粒的制备及附着 11

第三章 BiPO₄/CdS异质结构纳米晶结构及催化性能的表征 13

3.1 BiPO₄纳米棒的形貌 13

3.2 CdS纳米颗粒的形貌及附着情况 14

3.3 实验产物的XRD表征 14

3.4 BiPO₄/CdS异质结构纳米晶催化性能的表征 15

第四章 结论与展望 18

4.1 结论 18

4.2 展望 18

参考文献 19

致谢 23

第一章 绪论

1.1研究背景

当前，随着人类社会与科学技术的不断发展，人们的生活质量水平逐渐提高，但同时对环境造成的污染也越来越严重，地球环境由于污染已经越发恶化，环境污染问题己然成为人类不得不面对的问题。传统的治理环境污染的方法有很多，但是很多都会产生二次污染，耗费的资源，人力都比较多。光催化技术由于可以充分利用太阳能这一新能源，并且处理污染问题时不会造成二次污染，目前已经收到了科学家们的广泛关注。

1972年Fujishima首次提出，在光催化的作用下，可用TiO₂制备氨气^[1]。1973年，Fujishima与Honda等一起提出了将光催化剂TiO₂应用于治理环境污染，从此，光催化处理污染开始被全世界的科学家所重视。之后，越来越多的光催化半导体材料被开发，研究。

目前，光催化技术的潜在价值应用价值越来越高，人们对光催化处理环境问题的研究已经有了较成功的进展，而目前应用最多的光催化半导体材料是TiO₂ P25。德固萨P25作为传统的光催化材料，其使用的原理为受光辐射光催化剂产生电子空穴对，电子其还原作用（还原重金属），空穴起氧化作用能够矿化有机污染物形成H₂O和CO₂。随着对TiO₂光催化材料的研究越发深入，也有较多关键性的问题暴露了出来，例如：TiO₂光生电子－空穴对复合率高且很难克服，TiO₂光催化材料对可见光响应范围低，对太阳光利用率低，以及材料的回收较为困难等，这些问题都导致了TiO₂在工业上应用受到较明显的限制。为此，科学家们开始探索能够代替TiO₂的其他半导体材料，而铋基化合物半导体材料独特的电子结构，在可见光范围内有明显的光吸收，受到越来越多的关注。

铋基化合物在实际应用中仍然存在着很多问题^[2]，比如它的光响应范围远远没有达到实际所需的效果，光量子分离效率仍然较低，光催化材料的固定、回收方面的问题依然没能解决。所以，针对这些问题，越来越多的学者着手采取耦合两个半导体构建异质结构的方法，依据光催化降解污染物的反应机理，从抑制光生电子与空穴的复合，扩大可见光响应范围的角度，以磷酸铋半导体为基体进行改性研究。.

1.2光催化机理

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