● 摘要
自从发现TiO2可以在太阳光下分解水污染物质以来，光催化技术就成为环境处理的热点学科。传统的方法主要集中在对TiO2半导体的修饰改性上，但因为TiO2本身的禁带宽度较大，可见光响应范围集中在紫外区等原因导致光催化性能并不是很理想，所以研究新型可见光响应的光催化剂是非常必要的。本论文旨在利用简单水热法制备可见光响应并具有较大比表面积的β-Bi2O3新型光催化半导体，其形貌为多孔微球型结构并且禁带宽度较窄，对可见光有一定的响应范围。并在此基础上，对β-Bi2O3进行半导体复合和离子掺杂，分别制备出b-Bi2O3/Bi2O2CO3 p-n结和Fe掺杂β-Bi2O3 (Fe-Bi2O3)半导体。并通过分解有机染料研究它们的光催化性能和分析其光催化机制。本文主要内容是：
1. 采用水热法合成了多孔球型Bi2O2CO3前驱粉体，然后在375oC下煅烧得到可见光响应的多孔微球型结构β-Bi2O3。通过实验发现水热反应溶液的pH值会影响β-Bi2O3的结构形貌，最终选择反应溶液的pH为4.2。在模拟太阳光照射下，研究了四方相结构β-Bi2O3对Cr(VI)染料的光催化活性，发现样品中加入苯酚时β-Bi2O3半导体对Cr(VI)的催化活性明显增强。此外，还研究了四方相β-Bi2O3光催化降解甲基橙染料的光催化性能。
2. 通过在不同温度下煅烧得到复合型β-Bi2O3/Bi2O2CO3 p-n纳米结构，采用XRD，TEM，BET，SEM，XPS和UV-vis等表征p-n结半导体复合结构，其形貌为多孔球型并具有较大的比表面积和较好的可见光响应范围。最后通过降解甲基橙溶液，在可见光照射下，S325样品可在24min之内对甲基橙溶液进行催化分解脱色，其主要原因是p-n纳米结构的形成有助于光生电子空穴对的分离，使更多的电子空穴对参与氧化还原反应，从而光催化性能得以提高。
3. 利用水热法和热处理简易制备出Fe-β-Bi2O3光催化半导体。XRD图谱说明经过375oC热处理前驱液Fe-Bi2O2CO3可以完全转化为Fe-Bi2O3。XPS图谱说明掺杂的Fe离子在β-Bi2O3中替代Bi离子而以正三价存在。对Bi2O3进行铁掺杂后，其可见光响应范围明显的产生红移。通过降解甲基橙溶液，4% Fe-Bi2O3表现出优异的光催化活性，在可见光照射下，在60min内可完全降解甲基橙染料。掺杂Fe提高β-Bi2O3光催化性能是因为Fe3+分别与电子空穴反应而被氧化还原为Fe4+和Fe2+，Fe4+和Fe2+可与O2和OH-反应生成•OH和•O2-，其可作用于有机染料使之降解。所以Fe3+离子充当电子空穴对传输的中间媒介，抑制电子空穴对的复合，从而加强了光催化活性。