氧化石墨-ZnO-BiOI的制备及其对甲基橙光催化降解的研究(2)

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3.2.4 不同石墨烯量对甲基橙光催化效果 17

3.2.5 GO-ZnO-BioI降解甲基橙的一级动力学拟合曲线 18

3.2.6 不同比例GO-ZnO-BiOI对甲基橙降解率的直观图 19

参考文献 21

致谢 23

1 前言

雾霾笼罩，蓝天难见；江河浑浊，鱼虾难觅，种种环境和能源问题[1]越来越突出：各种有毒物质在空气，水体和土壤中交替循环，严重破坏生态循环，危害国人健康。尤其“水是生命之源”，应对水污染的相应技术的开发已成为亟待解决的热点问题。

光催化是一种在环境领域有着重要应用前景的绿色技术，利用半导体光催化剂将太阳能转化为化学能和电能。其可以直接利用太阳能降解水体中的污染物质，并能实现光解水制氢[2]。自从1972年发现TiO2在光照下分解水以来，光催化技术在太阳能转化及有机物光催化方面应用已成为人们研究的焦点[3]。TiO2降解污染物的反应示意图[4]：

TiO2具有光催化活性好，稳定好，耐腐蚀，但是由于其Op2轨道能级较低，限制其只限制吸收紫外光的吸收而且量子效率低下，阻碍了TiO2在光催化中的应用。过去几年人们对TiO2的改性和机理做了大量研究[5]。而且，发明在可见光下具有高催化活性的新型光催化剂成为人们研究热点。

Bi基化合物具有特别的层状结构和适当大小的禁带宽度[6],人们发现Bi基化合物具有光催化性能时，于是制成铋系半导体光催化剂。铋系半导体能响应可见光，在可见光下降解有机污染物，光解水和还原CO2等[7]方面，有良好的发展前景。其中卤氧化铋物，尤其碘氧化铋研究地较为深刻，因为其具有较高的光催化活性。碘氧化铋有特殊程度层状晶体结构，内部电场和更分散的能级结构从而能有效地利用发生电子和空穴，具有较小的带隙可以更好地响应紫外和可见光[8]。但碘氧化铋容易发生电子和空穴再结合[9]，导致性质不稳定。因此将一些物质与碘氧化铋相结合来克服这些困难,例如负载氧化锌。氧化锌作为宽带和高激发能半导体材料，容易形成电子空穴对。光致空穴具有较强的得电子能力，因此氧化锌具有强氧化性。并且光生空穴还与水或氢氧根作用生成具有强氧化性的羟基自由基[10]，将有机污染物通过一系列氧化过程生成CO2和HO2[11]。再者其性质十分稳定且环境友好，将氧化锌和碘氧化铋相复合，通过能级间的复合，将大大提高催化剂的催化性能。当石墨烯与氧化锌，碘氧化铋三者结合时，扩大比表面积，光发生的电子和空穴很快到达反应界面和反应物反应，因此对废水溶液吸附能力增强[12]。

氧化石墨经过超声，离心还原成为石墨烯。石墨烯是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和少层石墨烯的统称。石墨烯具有独特的载流子性能和无质量的狄克拉费米子属性[13]，使它具有极强的导电性。当它与金属氧化物复合增强导电转化率，使催化剂的催化性能增强。石墨烯的机械强度比较大，复合金属氧化物后有利于提高复合材料的抗压强度，可以降低复合材料的稳态磨损率[14]。而无机金属离子可减少石墨烯层片之间的摩擦，加上石墨烯比表面积大，表面基团丰富。因此以氧化石墨为基体负载复合材料可以扩大催化剂的吸附表面[15]。当氧化石墨与氧化锌，碘氧化铋三者结合时，扩大比表面积，光发生的电子和空穴很快到达反应界面，因此对废水溶液吸附能力增强[12]。