题目：Bi基纳米半导体复合材料的制备 及光电性能研究

 

半导体光催化材料由于其独特的带隙结构，能有效的将光能转化为化学能以及电能，在解决当今能源紧缺和环境污染问题方面具有巨大的应用前景。特别是近几年来，Bi 系半导体光催化材料在太阳光转换方面所表现出的优异的可见光响应性能，更是引起了广泛的关注。

本文以水热法制备了典型的黑色BiOCl，对其形成机理，热致变色现象，及其光催化性能进行了深入的研究。同时通过与其他半导体复合，获得了不同BiOCl系列复合化合物，研究了其能带结构、光催化活性及其他光电响应等。本文的主要工作包括如下：

(1)对黑色BiOCl纳米粉体在可见光下的光催化性能进行了深入的研究，发现具有微球状结构的黑色BiOCl粉体对染料甲基橙（MO）具有优异的可见光催化活性。在可见光的照射下，20 mg 黑色微球状的BiOCl可以在70 min内将20 mL浓度为10 mg/L的MO溶液降解，使其浓度降为22%。

实验中发现，黑色BiOCl具有在空气下热处理变白、在紫外光照下重新变黑的现象。研究表明这种热致变色现象与黑色BiOCl中有大量氧空位存在密切关系。分析了氧空位对黑色BiOCl光催化效果的影响及其原因。结果发现，黑色BiOCl光催化效果要明显好于由黑色变白的BiOCl的光催化效果。

（2）将黑色的BiOCl和AgNO3通过简单的离子交换方式复合，获得光催化剂BiOCl/AgCl。复合物BiOCl/AgCl在可见光下的光催化性能显著优于单一BiOCl的效果。证明BiOCl/AgCl具有核壳结构，并探讨了形貌对其光催化活性的影响。通过对BiOCl，AgCl的能带结构的分析，研究了其带隙结构对复合物光催化性能大幅度提升的原因。

（3）以简单的化学沉淀法合成了BiOF纳米粉体，并通过XRD，SEM，TGA等测试手段对其进行了物相及热稳定性分析。BiOF为长度为150 nm的米粒状粉体。通过其对染料甲基橙的光催化降解，评估了该光催化剂在紫外—可见光下的光催化能力。

通过简单的机械物理复合，成功制备复合物BiOF/BiOCl。研究了其独特的微观形貌对其光催化性能的影响。70分钟之内，在紫外—可见光下复合物可将染料MO降解完全，其光催化性能较之单一的BiOF和BiOCl都有显著提升。

（4）通过简单的机械复合物理方法制备了Fe2O3/BiOCl复合物。发现当BiOCl和Fe2O3的质量比是9:1时，光催化性能最好。 尤其是，与单一黑色BiOCl粉体不同，其复合物Fe2O3/BiOCl在500W氙灯下光照伴有电流产生，随着光照时间的增加，光电流强度保持稳定。

通过水热法获得结晶良好的BiFeO3，对其光催化性能进行评估，发现单纯的BiFeO3并不是优良的光催化剂。将BiFeO3和白色BiOCl进行机械复合，当BiFeO3和BiOCl的摩尔比为1:0.25时，复合得到的粉体BiFeO3/BiOCl具有明显的光催化性能。