BiOCl/N-Graphene纳米复合物的合成及其可见光催化性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

近年来，随着工业化的不断推进，世界环境污染问题日益严重，尤其是水污染，因水土流失、水源污染等因素的影响，地表水成分逐渐趋于复杂，有机成分增多，饮用水处理难度增大。以混凝、沉淀、过滤、消毒等为主要步骤的常规饮用水处理工艺，以去除浊度和细菌为主要目的，对近年来水体中逐渐增加的一些微量有机污染物，如除草剂、杀虫剂、消毒副产物等，其去除作用极其有限。此外，由于水土流失严重，水中天然有机物浓度也很高，不但对胶体产生严重保护作用，导致混凝剂药耗增加、水中铝的剩余量增高，而且产生大量的氯化消毒副产物，其中大部分对人体健康有较大的危害。同时，由于水体受到污染，导致水体富营养化，藻类过量繁殖，产生难闻的嗅味^[1]和有害的藻毒素。对日常饮用水带来了极大的危害，严重影响着人群健康水平，因此如何合理高效的治理水污染成为当今世界密切关注的热点之一。

而光催化级技术是一种处理水污染可行并有效的方法之一^[2,3]，它具有无毒、安全、稳定性好、催化活性高、见效快、耗能低、可重复使用等优点。光催化是催化技术中的一种，与传统催化唯一不同之处是激活催化剂的能量形式不同。光催化过程同样发生在吸附相上，只是激活催化剂的能量由光能代替了热能^[4]。在氨氮含量较高的水域中加入光催化剂，当水域受到光照后，催化剂表面产生高活性物质，这些高活性物质会与水中的溶质发生氧化反应，从而使得溶质降解生成co₂、h₂o、n₂等稳定的无机离子。二氧化钛（tio₂）就是一种光催化剂，他可以将有机污染物降解为无害的小分子，但这种传统光催化剂也有诸多限制，例如光生电子-空穴再复合率高和光谱响应范围窄等，除了对其进行掺杂^[5,6]等方式进行调节，应寻找更好的光催化剂进行研究和探索。

氯氧化铋是一种典型的新型光催化剂，由于特殊的层状结构和光生电子-空穴再复合率较低，为学者们广泛研究，然而不同的合成方法及反应条件对其结构有很大的影响，进而影响其光催化性能^[7]，目前，这一方面的研究还有待进一步的深入。

2. 研究内容和预期目标

半导体光催化的基本原理,需经历三个基本步骤:(1)半导体吸收太阳光或模拟光源的紫外和/或可见光后,电子从半导体的价带激发到导带,而空穴被留在半导体的价带,形成电子-空穴对;(2)光生电子和空穴分离后迁移至半导体表面;(3)光生电子和空穴分别与电子给体和电子受体发生光催化反应。空穴本身具有氧化性,可以直接或者与溶液中的氢氧根离子结合成羟基自由基而氧化有机物等。光生电子是良好的还原剂,一般与半导体材料表面吸附的溶解氧反应生成超氧自由基等活性基团。这些活性基团参与到半导体光催化的氧化和还原反应过程中,从而实现分解水制氢、降解有机污染物和还原co2等。

biocl是Ⅴ-Ⅵ-Ⅶ族半导体化合物,是最近几年发展的新型光催化剂,它具有四方氟氯铅矿晶型,a=b=0.389 nm，c=0.789 nm。biocl的晶体结构也可以看作沿c轴方向,双cl离子层和离子层和bi₂o₂层交替排列构成的层状结构。

水热或溶剂热合成法是利用密闭条件下高温高压的溶剂使那些在常压下不溶或难溶的物质通过溶解或反应生成产物,通过控制反应釜内溶液的温差使产生对流以形成过饱和状态而结晶析出的方法。水热法或溶剂热法是制备氯氧化铋的常用方法,水热或溶剂热合成采用的主要装置为反应釜和鼓风干燥箱。

3. 研究的方法与步骤

氯氧化铋的合成

1.按摩尔比1:1准确称量bi(no₃)₃-5h₂o（0.970 g，0.001 mol）、kcl（0.154g，0.001 mol），分别溶解于30ml去离子水中，磁力搅拌30min使两者混合均匀。

2.准确称量4.0000gnaoh溶解于15ml去离子水中，冷却至室温后倒入100ml容量瓶中，定容。

4. 参考文献

[1]刘建，李哲，氨氮废水的处理技术及发展，矿冶工程报，2007，第27卷，第4期

[2]赵学国，黄祖志，李小红，wo₃/cd₂sno₄的制备及其光催化分解水析氧活性，硝酸盐学报，2015（01）

[3]李海燕，刘金凤，钱俊杰，李秋叶，杨建军，铋掺杂二氧化钛纳米颗粒的制备及其可见光催化性能，催化学报，2014（09）

5. 计划与进度安排

(1)第1-2周（2022年3月3日-2022年3月15日）查阅文献资料。

(2)第3-4周（2022年3月17日-2022年3月29日）作开题报告。

(3)第5-13周（2022年4月1日-2022年5月24日）进入实验室做毕业论文实验。