1、本科毕业论文氧缺陷碘氧化铋光催化剂的制备及其性能研究所在学院 专业班级 应用化学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 2 -氧缺陷碘氧化铋光催化剂的制备及其性能研究The Preparation and Photocatalytic Activity of the Oxygen Vacancy Modified Bismuth OxyiodideI表一 毕业论文（设计）开题报告论文（设计）题目：氧缺陷碘氧化铋光催化剂的制备及其性能研究（简述选题的目的、思路、方法、相关支持条件及进度安排等）工业化发展带来了严重的水体污染，光催化降解有机污染物是一种有发展潜力的绿色环保技术，而当
2、中重要的是找到一种高性能的稳定的光催化剂。碘氧化铋（BiOI）作为一种新型的光催化剂，因其特殊的层状结构、适合的禁带宽度以及优异的催化性能引起广大研究者的注意，但是 BiOI 存在着光生电子- 空穴对复合快和稳定性差等的问题。氧缺陷的引进能使半导体带隙中出现相应的局域氧缺陷能级，其位置在导带下，使半导体催化剂的禁带宽度变窄，进而使得吸收带边向可见光区域延伸，增大催化剂的光吸收和太阳光利用率，并且氧缺陷能捕获光生电子，将电子转移至催化剂表面，进而减小了光生电子和空穴的复合几率，提高催化剂的可见光催化活性。适量的氧缺陷能增强可见光吸收和提高光生载流子分离效率。因此，本论文针对 BiOI 存在光生电
3、子-空穴对复合快的问题，拟通过添加还原剂、形貌控制、结构调控等策略，结合溶剂热法，合理设计和制备出具有氧缺陷的高性能 BiOI 光催化剂。根据前面的工作，我们发现电还原和硼氢化钠还原均能在 BiOI 中创造氧缺陷，换言之就是要提供一个还原性的环境，那么，我们能不能在 BiOI 合成的时候就加入还原剂提供还原性环境，在制备过程中就产生氧缺陷呢？根据这个思路，我们采取在原料中加入次亚磷酸钠（NaH 2PO2） ，通过一步溶剂热法实现氧缺陷 BiOI 的制备。本人所在实验室拥有材料制备及光电化学测试设备，包括CHI660D、CHI750 等型号的电化学工作站，美国 PAR-61485-173 型恒电
4、位/恒电流仪、天津市中环实验电炉有限公司完整的 SX-G-08123K-3 化学气相沉II积设备以及烘箱和反应釜，可独立完成氧缺陷 BiOI 纳米材料的制备和光电性质测试等工作。位于西北区 548 栋的中山大学精细化工研究院可以提供一整套的甲醛气体光催化氧化和染料光降解的设备，用于测试样品的光催化性能。此外，本人所在的化学与化学工程学院中心实验室和中山大学测试中心所拥有的场发射扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱仪(XPS)、激光显微拉曼光谱仪(Raman)、X- 射线衍射仪(XRD)、比表面积孔径分析仪、电子顺磁共振波谱仪(EPR)、核磁共
5、振谱仪(NMR)等设备仪器，为本论文的研究提供了有力支撑和技术保障。进度安排：2015 年 9 月-2015 年 11 月：采用在原料中加入次亚磷酸钠的一步溶剂热法实现氧缺陷 BiOI 的制备，探索溶剂热温度、时间、次亚磷酸钠的浓度等因素对 BiOI 纳米片微球的形貌、结构、成分等影响，总结生长规律及调控机制。2015 年 12 月-2016 年 2 月：以甲醛气体和甲基橙染料为降解对象，探究制得的样品的光催化性能高低，反过来优化实验条件，找出最佳合成时间、温度和次亚磷酸钠的用量等。同时，利用染料吸附实验探究 BiOI 样品的吸附能力。此外，利用加入了捕获剂的光催化测试探究光催化过程中的主要反
6、应活性物质，通过 EPR 测试给予证实。2016 年 3 月-2016 年 4 月：利用 XRD、TEM、Raman、XPS 、EPR 等实验手段来证明氧缺陷的引入，同时，利用荧光发射、响应光电流、交流阻抗和紫外- 可见光吸收等手段探究光催化活性提升的原因。2016 年 5 月：撰写论文，对研究结果进行总结，整理材料，准备毕业答辩。学生签名： 年 月 日III指导教师意见：1、同意开题（ ） 2、修改后开题（ ） 3、重新开题（ ）指导教师签名： 年 月 日IV表二 毕业论文（设计）过程检查情况记录表指导教师分阶段检查论文的进展情况（要求过程检查记录不少于 3 次）：第 1 次检查学生总结：1
7、通过查阅文献，了解本课题的研究现状及意义，对实验的过程、内容、方法有初步的了解，并根据溶剂热法制备的实验特点，考查实验的影响因素，得到初步的设计方案。2熟悉实验室各种仪器的操作方法。指导教师意见：该生查阅文献资料能力强，态度端正，学习认真，时间安排合理。第 2 次检查学生总结：1通过在原料中加入 NaH2PO2 的一步溶剂热法实现了 BiOI 光催化剂的制备，发现 NaH2PO2 对 BiOI 样品的颜色有影响，说明其在合成过程中起到了某种作用。通过优化溶剂热温度、时间以及设计一系列浓度的次亚磷酸钠来探究各种因素对样品的影响。通过 SEM 发现制备的 BiOI 样品是由纳米片组成的微球，同时进
8、行了 XRD 测试证明合成的样品为四方晶系的 BiOI。2通过光催化氧化甲醛气体和光降解染料甲基橙的实验来研究合成所得的样品的光催化性能，确定了最佳的溶剂热实验条件为 160 oC 反应 8 个小时，次亚磷酸钠的最佳浓度为 0.05 mmol，实验结果表明其光催化效果比原始的BiOI 有极大的提升。通过甲基橙的吸附实验，发现制备的样品对甲基橙的V吸附能力也有着极大的提升。指导教师意见：该生实验基本理论和基本技能的掌握比较完整，实验刻苦勤奋，能在每个阶段完成相应的任务。第 3 次检查学生总结：1对样品进行了 XRD、TEM、Raman、XPS、EPR 等实验表征，分析结果显示加入 NaH2PO2
9、 合成的 BiOI XRD 衍射峰有偏移，HR-TEM 出现不规整区域，Raman 光谱产生新的 Bi 峰，XPS 各元素结合能发生改变， EPR 吸附氧信号增强，这都有力地证明了制备的样品有氧缺陷（oxygen vacancy，O v）的引入和 IO3-的掺杂。 （O v/IO3- co-modified BiOI，CM-BiOI ）2通过荧光发射减弱、响应光电流增强、交流阻抗曲率变大和紫外-可见光吸收蓝移等实验结果，证明了 CM-BiOI 光催化活性提升的主要原因是：引入的氧缺陷促进了光生电子-空穴对的分离和转移，使其复合几率大大降低。指导教师意见：该生在实验过程中，有很好的逻辑思维，能积
10、极主动和老师交流工作的进程，在处理问题和运用知识的能力上都有很大的进步。第 4 次检查学生总结：整理实验数据，进行实验结果的分析，并同时查阅文献，与老师和师兄交流讨论实验的结果，撰写论文。VI指导教师意见：文章篇幅符合学院规定，内容较为完成，层次结构安排科学，主要观点突出，逻辑关系清楚，有一定的个人见解。学生签名： 年 月 日指导教师签名： 年 月 日总体完成情况指导教师意见：能够按时完成预期实验工作和论文撰写工作，实验认真细致刻苦，论文能按时交稿，经过认真修改，已达到本科论文的要求。论文观点明确，选题新颖，创新性强，总的来说完成的很好！1、按计划完成，完成情况优（ ）2、按计划完成，完成情况
11、良（ ）3、基本按计划完成，完成情况合格（ ）4、完成情况不合格（ ）指导教师签名： 年 月 日表三 毕业论文（设计）答辩情况登记表答辩人 专 业 应用化学论文（设计）题目 氧缺陷碘氧化铋光催化剂的制备及其性能研究答辩小组成员VII答辩记录：刘老师：为什么 Bi 的 XPS 的峰位移就说明有氧缺陷生成呢？回答：Bi 的 XPS 的峰往结合能低的方向位移，说明其价态变低，根据电荷守恒可以得知样品中的氧减少了，也就是存在着氧缺陷。方老师：怎么想到用加入次亚磷酸钠来作为引入氧缺陷的方法呢？回答：产生氧缺陷的常用方法就是给样品提高一个还原性的环境，所以就想到了用加入还原剂的方法去引入氧缺陷。至于为什么
12、用次亚磷酸钠，这也是经过试验摸索才确定的，之前有试过抗坏血酸、柠檬酸钠等还原剂，发现它们并不能有效引入氧缺陷，而次亚磷酸钠就能很好地起到作用。卢老师：与前面的电还原和硼氢化钠还原比，这种加入次亚磷酸钠引入氧缺陷的方法有什么区别，亮点在哪？回答：前面的电还原和硼氢化钠还原是在 BiOI 样品合成之后再进行还原引入氧缺陷的，而加入次亚磷酸钠的一步溶剂热法是在合成的过程中就引入氧缺陷，实验方法更为简单易行。而且通过加入次亚磷酸钠我们同时有氧缺陷和 IO3-掺杂共同修饰 BiOI，这样能起到双层的作用，能更好的提高其光催化效果，这是我们论文的亮点所在之一。卢老师：通过各种手段证明了在 BiOI 样品中
13、引入了氧缺陷，那有没有探究这个氧缺陷的含量对催化剂的影响呢？有没有最佳比例呢？回答：氧缺陷能够促进光生电子空穴对的分离和转移，随着氧缺陷含量的增加，VIII促进作用增强，但当氧缺陷含量超过最佳值时，过量的氧缺陷反而会成为电子跟空穴的复合中心，使促进作用下降甚至使性能变得比原来还差。这本实验中，我们通过一系列浓度梯度（0.01，0.05，0.10 和 0.15 mmol）的次亚磷酸钠来调控生成的氧缺陷的含量，实验结果表明加入0.05 mmol 次亚磷酸钠的样品催化效果最好。但是，当中到底引入了多少氧缺陷，目前还不可得知，还需要更进一步的实验去探究，希望可以通过量化计算来进行定量分析。方老师：你的论文基本上在讨论氧缺陷对催化剂的提升效果，那有没有去研究碘酸根在这里起到的作用呢？有没有研究单独碘酸根掺杂的影响和效果呢？回答：碘酸根起到掺杂的作用，为了证明碘酸根掺杂对催化剂光催化性能的影响，我们在合成样品的时候用碘酸钠代替次亚磷酸钠，研究其掺杂对性能的影响，这也是我们后面要完善这项工作的任务。
