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景凡：环境友好型铋基材料的制备及其性能研究
2021届应用化学专业毕业论文—英文翻译
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太阳光/紫外线作用下Bi4NbO8Cl分层级纳米结构的光催化在染料降解上的运用
Bi4NbO8Cl的纳米结构由溶液燃烧反应制得。用扫描电子显微镜（SEM）分析可看到其形态为拨浪鼓状颗粒和纳米花瓣。 eV。在紫外光和太阳光作用下，光催化活性由Bi4NbO8Cl的纳米结构与块状结构的比较而得以体现。纳米Bi4NbO8Cl在紫外光作用下降解刚果红的速率要高于块状结构。然而，尽管有更宽的带隙，太阳光作用下该纳米结构表现出与块状结构类似的催化性能。实验证明，％的有机碳需80 min。对光致发光谱的研究表明，制备出纳米Bi4NbO8Cl可降低电子-空穴对的复合率。捕获实验则表明，超氧化物是使刚果红降解的活性物质。太阳光下光催化性能和复合率降低的不同，可以归因于纳米结构形态的不同。Bi4NbO8Cl纳米分层结构拥有独特的拨浪鼓和纳米花瓣形状，为层状材料的设计提供了原料，甚至可产生新的高效光催化剂。
1 简介
光催化剂将获得越来越多的关注，因为他们可以通过获取大量有价值的阳光，并将其转换成可用的能量。半导体光催化是有希望的候选人，为环境污染提供了绿色和可持续的技术[1-3]。作为常规光催化剂的TiO2（ eV），对太阳光的利用率仅仅达到5 %，研发其他半导体光催化剂变得非常重要[4]。因此，为了利用太阳光，我们已经开发了许多新型光催化材料。[5-8]经大量研究发现，Nb，Ta和p区元素例如Bi，Ga和In，都可以有效的获取可见光[9-11]。先前对铋基卤氧化物铁电特性进行了研究，最近，由于其独特的层状结构所具备的光催化活性，已引起很大的关注[9,12,13]。BiOX（X = Cl、Br、I）等层状材料在紫外光照射下降解的现象，与粉状P25降解甲基橙相比，表现出更好的光催化活性。
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除了设计新型材料之外，研究还集中在光催化剂的形态和颗粒尺寸上。据有关文献报道，随半导体表面积的增加，其催化活性也会有所提升[14]。在形态学上，对高表面能进行适当调解可以促进光催化活性，因此，在所需材料方面的制作方法应该吸引更多的关注[15]。从这个角度看，分层的纳米结构被证实大大有助于提高光催化活性。纳米光催化剂不仅有助于增加表面积，而且还可以通过调整传导和价带，提供调整带隙的可能性。除此之外，分层组装的纳米材料表现出的分子密度的再分配，导致了电子性质发生显著的改变[16]。目前，很多报道描述铋卤氧化物[17]纳米合成材料，具有各种形状和形貌，如纳米花，纳米线和纳米带。然而，铋基在Silen-Aurivillius阶段形态调整电子结构获得光催化活性的改性设计却较少得到关注。最近的一份报道表明，Bi4TaO8Cl的纳米颗粒隶属于Sillen-Aurivillius类，太阳光下对有毒染料刚果红的降解比大部分同类物都要快[18]。曾报道，由固态技术合成的块状Bi4NbO8Cl在可见紫外光[19]下可降解甲基橙，但Pt/ Bi4NbO8Cl被指出比块状Bi4NbO8Cl表现出更多的活性。
在目前的工作中，我们合成Bi4NbO8Cl分级纳米结构，与块状 Bi4NbO8Cl对刚果红染料的降解进行对比，研究其表面形貌、带隙和光致发光特性对光催化性能的影响。在溶液中用燃烧合成法会更轻易的获得花瓣形状和较小的颗粒尺寸。研究块状和纳米Bi4NbO8Cl之间形貌特征的不同。较小尺寸的颗粒对于间隙率，Bi4NbO8Cl纳米结构上的带隙的影响，从光催化活性和光生电子-空穴对的再结合速率进行了研究。就我们所知，这是对燃烧合成纳米Bi4NbO8Cl紫外光/日光下其增强的光催化活性对刚果红染料的降解研究的首次报道。这项研究得出了有关形态影响的见解；材料的颗粒大小和层状材料的带隙所决定的光催化活性，将有助于制造高效，分层光催化纳米材料。
2 实验
制备方法
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纳米Bi4NbO8Cl由溶液燃烧技术合成。将一定量的NbCl5，Bi(NO3)3·5H2O和BiOCl在水里混合。尿素作为燃料和悬浮溶液加入混合物后，会在达到600 ℃时燃烧，再恒温煅烧6 h。将得到黄白色粉末。为便于比较，块状Bi4NbO8Cl也通过固态法合成。
材料表征
使用D2移相器Bruker X射线衍射仪进行相位鉴定