钒酸铋系复合半导体材料的制备及其光催化性能研究

发布时间：2020-08-07 10:11

【摘要】：能源危机与环境污染日益严峻,传统的污染处理方法耗能大,费用高,设备复杂,易带来二次污染。近年来,半导体光催化剂的研究引起广泛的关注。钒酸铋作为新型的可见光光催化剂拥有较窄的禁带宽度,较宽的可见光响应范围,在可见光降解污染物方面拥有巨大的潜力,然而其较差的吸附性能和较高的电子-空穴复合率很大程度上限制了其实际中的应用,目前,通常采用控制形貌、贵金属沉积和与其他半导体复合的方法来提高其光生电子-空穴对的分离效率。晶面暴露的钒酸铋刚刚被人们关注,其可以实现钒酸铋晶面间的电子-空穴对的转移,大大提高了光生电子-空穴对的分离效率,被认为是一种自身性能非常有优良的基体材料。晶面暴露的钒酸铋因其制备简单、成本较低、产量大、稳定性好已经成为了研究热点,团聚现象严重是晶面暴露钒酸铋制备过程中一直难以解决的问题,因此寻找一种有效的方法来解决其制备过程中的团聚问题成为研究的重点。本文以Bi(NO3)3·5H2O为铋源,以NH4VO3为钒源,采用传统水热法制备了不同形貌的晶面暴露的Bi VO4光催化剂,并研究了不同反应时间和不同反应温度对产物晶相和微观形貌的影响;以Bi(NO3)3·5H2O为铋源,以Na VO3·2H2O为钒源,通过加入不同冰乙酸来改善晶面暴露Bi VO4的团聚现象,制备了高分散性的暴露(110)和(010)晶面的Bi VO4;以晶面暴露的Bi VO4为基体,通过浸渍-蒸干的方法制备了可见光下具有高活性的Bi VO4/Ag2O复合光催化剂;采用微波水热法制备了哑铃状Bi VO4,并以此为基体通过蒸干-煅烧的方法制备了Bi VO4/Cu O复合光催化剂。利用XRD、SEM和UV-Vis等方法分别对所制备样品的晶相组成、微观结构和吸光收性能等进行了测试和表征,并研究了了在光照下对甲基橙溶液的光催化降解效果,分析了光催化剂的形貌、结构以及负载量对其光催化活性的影响,并对光催化活性提高的原因和机理进行了探索。结果表明:(1)以偏钒酸铵为钒源制备的晶面暴露Bi VO4晶体为不规则的颗粒,随着反应温度的提高,晶面暴露越来越多,结晶度提高,不规则小颗粒逐渐组装为球体;以偏钒酸钠为钒源制备出的晶面暴露Bi VO4整体形貌为十面体,团聚严重,通过加入冰乙酸来改善其团聚现象,最终得到高分散性的暴露(110)和(010)晶面的Bi VO4晶体。(2)以晶面暴露的Bi VO4为基体制备的Bi VO4/Ag2O复合光催化剂在可见光区光响应明显,且形成的p-n结有助于电子-空穴对的分离,从而提高光催化活性。并且,当负载量为20%时,表现出最高的光催化活性。(3)采用微波水热法制备的哑铃状Bi VO4是由小颗粒组装而成,以此为基体制备的Bi VO4/Cu O复合光催化剂具有更高的光响应特征,复合材料吸收边发生了明显的红移,这是由于Cu O与Bi VO4直接形成了异质结,形成的异质结能够抑制电子-空穴对的复合,延长了电荷的寿命,提高了光催化降解效率。
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.36;TB33
【图文】：

示意图,半导体光催化,基本原理,导带

图 1-1 半导体光催化基本原理图[41]1 Schematic diagram of photocatalytic process of semico条件下光催化过程示意图。半导体材料本身存或等于半导体禁带激发波长 λg时，半导体内电VB）跃迁至导带（CB），因此，导带上聚集大

单斜相,立体结构,多面体模型,晶型结构

图 1-2 单斜相 BiVO4的立体结构[82]（A）单胞的多面体模型；（B）2*2*1 超胞棍模型Fig.1-2 The three dimensional structure of monoclinic BiVO4（A）The polyhedral model of unit cell；（B）Ball-and-stick model of 2*2*1 super-cell酸铋的三种晶型结构在满足一定处理条件时，它们是可以发生彼此转变的

热处理条件,处理条件,钒酸铋,转换条件

.1-2 The three dimensional structure of monoclinic Bedral model of unit cell；（B）Ball-and-stick model o结构在满足一定处理条件时，它们是可以及热处理条件如图 1-3 所示：

【参考文献】