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BiOBr基半导体复合材料制备及光催化性能研究

摘要

经济高速发展的同时，大量有机废液被排放到水环境中，在生物体内富集，对人

体健康和生态环境造成严重威胁。光催化氧化技术具有高效、绿色无污染等优点，成

为目前被广泛应用的废水处理技术之一。溴氧化铋（BiOBr）作为一种新型铋基半导体

材料，具有绿色无毒、带隙适宜、制备方法简单等特点，已被证明具有良好的可见光

激发的光催化活性。然而，BiOBr仍然存在对可见光吸收范围窄、光生载流子分离效

率低、氧化还原能力弱以及体系中活性物种有限等缺点。为了解决上述问题，本文制

备了BiOBr/还原氧化石墨烯（Reducedgrapheneoxide，rGO）、g-CN/BiOBr和

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CuO/BiOBrS型异质结三种BiOBr基复合光催化剂，应用于水环境中的染料降解，为

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有机废液处理提供一种新思路。本文的具体研究内容如下：

（1）还原氧化石墨烯rGO具有优异的导电性，可以提供电子传递通道，促进光

催化剂电子和空穴分离。采用水热法合成了rGO/BiOBr催化剂。探究了水热时间和rGO

负载量对光催化性能的影响。rGO/BiOBr复合后改善了BiOBr对可见光吸收范围窄和

载流子分离效率低的问题。当rGO负载量为0.75%时，0.75%rGO/BiOBr复合催化剂

表现出最佳的光催化降解亚甲基蓝（Methyleneblue，MB）性能，可见光照射90min，

对MB降解效率为90.67%，光催化反应速率k值为0.0227min-1，是BiOBr的1.32倍。

（2）能带匹配的S型异质结能够促进电子和空穴分离，同时保留强氧化和还原

性质，提高光催化性能。采用煅烧法和水热法合成了g-CN/BiOBrS型异质结复合催

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化剂。形成S型异质结后，还原型半导体g-CN的导带（Conductionband，CB）位置

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足够负（-0.94V），氧化型半导体BiOBr的价带（Valenceband，VB）位置足够正（0.33

V），保证了g-CN/BiOBr的强氧化还原性质，并同时解决了BiOBr对可见光吸收范

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围窄和载流子分离效率低的问题。当g-CN占BiOBr质量分数为60%时，60%g-

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CN/BiOBr复合催化剂表现出最佳的光催化降解MB性能，可见光照射90min，对

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MB降解效率为90.77%，光催化反应速率k值为0.0269min-1，是BiOBr的1.56倍。

（3）CuO作为一种还原型半导体及类芬顿试剂，能催化过氧化氢（HO）反应

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生成羟基自由基（•OH）。本章采用化学浴共沉淀法制备CuO/BiOBr，复合后，CuO

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与BiOBr构建了S型异质结和光芬顿协同体系，在提高BiOBr氧化还原能力的同时，

增加了体系中活性物种浓度，实现对MB的高效降解。当CuO占BiOBr质量分数为

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15%时，15%CuO/BiOBr复合催化剂表现出最佳的光催化降解MB性能。催化剂投量

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哈尔滨工程大学硕