摘要：光電催化(PEC)氧化法是一種使用半導體電極材料在光和電的共同作用下處理水中有機污染的有效方法.在PEC工藝中,施加偏壓不僅可以利用電催化對有機污染物進行降解,而且在偏壓作用下,光生電子-空穴對能夠得到有效的分離和傳輸,從而大大提高了機物污染物的去除速率.盡管PEC技術已經取得了許多重要的突破,但是能量轉換效率仍然無法滿足實際應用.因此,開發具有優異性能,良好穩定性和低成本的光電極材料是一項具有挑戰性的研究工作.本文采用兩步電沉積法制備了BiPO4納米棒/還原氧化石墨烯/FTO復合光電極(BiPO4/r GO/FTO).電鏡結果表明,電沉積制得的納米棒狀磷酸鉍均勻負載在石墨烯納米片層表面.采用甲基橙為模型體系,考察了復合光電極的光電催化活性.BiPO4/r GO/FTO復合電極的光電催化降解速率是BiPO4/FTO光電極的2.8倍,顯示出優良的光電催化活性.實驗進一步研究了工作電壓和BiPO4沉積時間對甲基橙光電降解性能的影響.最佳的BiPO4沉積時間為45 min,最佳工作電壓為1.2 V.捕獲實驗和ESR實驗表明羥基自由基(·OH)和超氧化物自由基(·O2-)是該電極的主要活性物種.BiPO4/r GO/FTO復合電極經過四次循環實驗后其降解甲基橙效率保持不變,顯示出高穩定性,采用光電流,交流阻抗及其熒光測試對其光催化機理進行推測.結果表明該復合光電極具有高PEC活性的主要原因是:石墨烯的引入加快了BiPO4的電子空穴的分離,拓寬了石墨烯的可見光吸收范圍;同時,石墨烯誘導產生的BiPO4混合相也進一步促進了光生電子空穴的分離,提高了光電降解活性.
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