文档介绍：华北水利水电学院
硕士学位论文
钛基铋系列氧化物涂层电极的制备及光电催化性能研究
姓名:陈静
申请学位级别:硕士
专业:环境工程
指导教师:朱灵峰
2011-05
华北水利水电学院硕士学位论文
钛基铋系列氧化物涂层电极的制备、表征
及光电催化性能研究
摘要
光电催化氧化过程是高级氧化过程的一种,因其产生羟基自由基等强
氧化剂而可以使有机污染物毒性脱除和实现杀菌消毒,甚至可以实现有机
污染物的完全矿化。它集成了光催化氧化过程和电催化氧化过程,在电极
内部形成电势梯度,促进光生空穴和电子向相反方向移动,使空穴和电子
得到有效分离,充分发挥光生空穴的氧化作用,提高降解效率。
光电极的制备和能量的高效利用一直是光电催化氧化过程研究的核
心,本研究首先采用涂敷-煅烧法制备了掺杂铋、锶的 SrBi2O4/Ti 和掺杂铋、
锡的 Bi2SnO5/Ti 氧化物涂层电极,并用电沉积方法制备了掺杂铋、锡的钛
基氧化物涂层电极 Bi2SnO5/Ti。通过 X 射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜
(SEM)和能谱(EDS)分析,发现电极表面都比较致密均匀,采用涂敷-煅烧
制备的钛基铋系列电极表面主要为锐钛矿晶型 TiO2,同时检测到铋系列氧
化物涂层的存在。采用电沉积方法制备的掺杂铋、锡的钛基氧化物涂层电
极表面多孔,排列均匀且紧密,晶体形貌良好, XRD 分析表明涂层氧化物
为单斜晶体结构,结晶良好。
分别采用涂敷-煅烧法制备的 SrBi2O4/Ti 电极和电沉积方法制备的
Bi2SnO5/Ti 电极催化氧化酸性橙Ⅱ溶液,采用酸性橙Ⅱ的光催化氧化降解效
率和光电催化氧化效率等指标来评价所制备电极的光电催化性能。研究发
现 SrBi2O4/Ti 电极在氙灯、钨灯、紫外光下光电催化 60 min 后的去除率分
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别为 %、%和 %。经过引入光电协同因子进行分析,发现电极在
钨灯和紫外灯照射下均能产生协同作用,且钨灯照射时的协同因子为
%,有较好的光电协同作用;Bi2SnO5/Ti 电极在氙灯、钨灯、紫外光下
光电催化 60 min 后的去除率分别为 %、%、%。经过引入光电协
同因子进行分析,电极在后两种光源照射下均能产生协同作用,钨灯照射
时的协同因子为 %,协同效果比较明显。
鉴于吸附作用在光电催化氧化过程中的作用,还研究了复合电极(活性
碳纤维固定在 DSA 电极上)在不同 pH 值、操作电压、电解质条件下对电催
化和光电催化降解四环素效果的影响。发现活性炭纤维复合电极作阳极比
单独使用 DSA 电极作阳极对四环素的去除率高,不同的 pH 条件和不同电
解质存在时对光电催化效果有显著的影响,且光电催化的效果均比单独电
催化的效果好,在外加电压为 8 V,pH 为 2 时,活性碳纤维复合电极对四
环素的去除率最高,光电催化降解 60 min 后去除率高达 %。另外,复
合电极也有较好的光电协同催化效果。
关键词:DSA 电极;光电催化;光催化;电催化;三氧化二铋

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PREPARATION AND PHOTOELECTRO-CATALYTIC
PROPERTIES OF BISMUTH OXIDE ELECTRODES
ON TITANIUM SUBSTRATE
ABSTRACT
Photoelectrochemical oxidation process is a kind of advanced oxidation
processes which are charaterized as the productiong and utilization of hydroxyl
radicals. Hydroxyl radicals can anic pollutants, achieve sterilization,
and even can anic pletely. It integrates
photocatalytic oxidation process and electrocatalytic oxidation process. By
means of the external electrical gradient, the active holes and electrons produced
by photocatalytic process can be separated effectivel