铋基复合电极的设计合成及其光电催化性能研究
发布时间：2021-11-09 12:16
当今社会飞速发展,然而随之产生的能源短缺与环境污染等问题却日益严重。半导体光催化技术是目前解决上述问题的一种非常有前途的绿色环保技术,本论文主要对Bi基半导体光催化材料进行了以下研究:（1）以Bi（NO3）3和MoCl5作为金属前驱体,采用无种子水热法结合高温煅烧制备了Bi2MoO6纳米花,其具有比以往报道的其他形貌更高的光电化学性能,在模拟太阳光照射下,光电流密度达到0.3 mA/cm2。基于Bi（NO3）3和NH4VO3制备了BiVO4前驱体溶液,使用旋涂法再经高温煅烧制得BiVO4纳米薄膜,其紧密排列的多孔网状结构对光电化学性能的提升起着至关重要的作用。（2）构建了一种具有独特电子传输通道的Bi2MoO6/BiVO4 I型异质结构,多孔BiVO4薄膜均匀地分布在Bi2MoO6纳...
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
a:II型异质结的能带排列示意图，b:传统Z-型异质结示意图，Red和Ox分别代表供给[10]
孜倏蟆⒌バ毕喟孜倏笥胨姆较囡??峁筟52]。在这三种结构中，每个V离子由四面体中的四个O原子配位，每个Bi离子由八个O原子配位。白钨矿结构和锆石结构的区别在于，前者的每一个Bi离子都被束缚在八个VO4四面体单元上，而后者只有六个VO4束缚在一个Bi离子上。白钨矿结构中，四方相和单斜相存在差异，因为后者的V和Bi离子发生了明显的畸变。单斜相BiVO4中，Bi3+的6s2孤电子对对Bi-O多面体的畸变改善了电荷分离效率以及光催化活性。单斜相BiVO4具有高达520nm的可见光响应，是很有前途的半导体材料[53,54]。图1.2单斜相BiVO4晶体结构示意图[54]Fig.1.2SchematiccrystalstructureofmonoclinicphaseBiVO4[54]1.2.2BiVO4的光催化机理与四方锆石型BiVO4(T-BiVO4)相比，单斜白钨矿BiVO4（M-BiVO4）的Bi3+的6s态形成了额外的价带，导致单斜白钨矿BiVO4的带隙能（2.4eV）小于四方锆石型BiVO4的带隙能（2.9eV），光吸收能力增强[55]。然而BiVO4的电荷转移能力较差、电子-空穴对复合速率快，因此其应用受到限制[56]。如图1.3，将M-BiVO4与T-BiVO4耦合构成Ⅰ型异质结以提升光催化降解污染物的效率。BiVO4吸收大于或等于其带隙能的光子后，价带（VB）中的电子被激发并跃迁到导带（CB），在VB留下空穴。T-BiVO4的CB上的电子可以很容易地转移到M-BiVO4的CB上，同时T-BiVO4的VB上的空穴也将迁移到M-BiVO4的VB，这成功地延缓了电子-空穴对的重新组合，提升了光催化性能。M-BiVO4的CB上的电子还原氧气产生O2ˉ，其VB
青岛大学硕士学位论文8上的空穴有降解污染物的作用，而且可以与水反应产生具有强氧化性的OH，O2ˉ与OH将进一步参与到降解污染物的进程当中[57]。BiVO4+hv→e-CB+h+VB1(1)BiVO4(e-CB)+O2→·O2-1(2)BiVO4(h+VB)+H2O→·OH+H+1(3)图1.3单斜BiVO4/四方锆石型BiVO4异质结在可见光下的降解机理[57]Fig.1.3DegradationmechanismofM-TBiVO4heterojunctionundervisible-lightillumination[57]1.2.3提高BiVO4光催化活性的方法（一）形貌控制.BiVO4的有效空穴扩散长度约为57-75nm，比其他许多氧化物的有效空穴扩散长度都要长[58]。因此，BiVO4较容易通过改善纳米结构提高光催化性能。Choi等人以电沉积BiOI为前驱体，合成了一种高比表面积的多孔BiVO4膜（平均粒径76nm）[59]。最近的研究中，Choi等人修改了BiOI的沉积条件，使BiOI变得更厚更密集，这导致生成了结晶度更高的BiVO4颗粒[60]。粒子的平均直径（约110nm）仍然足够小，致密的BiVO4膜增加了单位面积的光吸收，使得BiVO4的光电流密度得到大幅度提升。（二）掺杂元素掺杂可以增加BiVO4的载流子密度和电导率[61]。BiVO4最成功的掺杂是将Mo6+或W6+掺杂到V5+位点[62]。除了掺杂BiVO4的V5+位点外，Wendler等人还研究了一系列镧(Ln)金属离子作为掺杂物进入Bi3+位点[63]，他们观察到BiVO4晶格的大
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型超稳定四氢喹啉连接的共价有机骨架材料的制备及其不对称光催化性能（英文）[J]. 李纯志,马银华,刘浩然,陶琳,任亦起,陈雪莲,李贺,杨启华. Chinese Journal of Catalysis. 2020(08)
[2]Magnetically recoverable Fe3O4@polydopamine nanocomposite as an excellent co-catalyst for Fe3+ reduction in advanced oxidation processes[J]. Ling Fan,Jinliang Xie,Zhilin Zhang,Yaping Zheng,Dongdong Yao,Ting Li. Journal of Environmental Sciences. 2020(06)
[3]Chlorophyll sensitized BiVO4 as photoanode for solar water splitting and CO2 conversion[J]. Yiqing Feng,Hanyun Cheng,Jin Han,Xiuzhen Zheng,Yangyang Liu,Yang Yang,Liwu Zhang. Chinese Chemical Letters. 2017(12)
本文编号：3485320
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
a:II型异质结的能带排列示意图，b:传统Z-型异质结示意图，Red和Ox分别代表供给[10]
孜倏蟆⒌バ毕喟孜倏笥胨姆较囡??峁筟52]。在这三种结构中，每个V离子由四面体中的四个O原子配位，每个Bi离子由八个O原子配位。白钨矿结构和锆石结构的区别在于，前者的每一个Bi离子都被束缚在八个VO4四面体单元上，而后者只有六个VO4束缚在一个Bi离子上。白钨矿结构中，四方相和单斜相存在差异，因为后者的V和Bi离子发生了明显的畸变。单斜相BiVO4中，Bi3+的6s2孤电子对对Bi-O多面体的畸变改善了电荷分离效率以及光催化活性。单斜相BiVO4具有高达520nm的可见光响应，是很有前途的半导体材料[53,54]。图1.2单斜相BiVO4晶体结构示意图[54]Fig.1.2SchematiccrystalstructureofmonoclinicphaseBiVO4[54]1.2.2BiVO4的光催化机理与四方锆石型BiVO4(T-BiVO4)相比，单斜白钨矿BiVO4（M-BiVO4）的Bi3+的6s态形成了额外的价带，导致单斜白钨矿BiVO4的带隙能（2.4eV）小于四方锆石型BiVO4的带隙能（2.9eV），光吸收能力增强[55]。然而BiVO4的电荷转移能力较差、电子-空穴对复合速率快，因此其应用受到限制[56]。如图1.3，将M-BiVO4与T-BiVO4耦合构成Ⅰ型异质结以提升光催化降解污染物的效率。BiVO4吸收大于或等于其带隙能的光子后，价带（VB）中的电子被激发并跃迁到导带（CB），在VB留下空穴。T-BiVO4的CB上的电子可以很容易地转移到M-BiVO4的CB上，同时T-BiVO4的VB上的空穴也将迁移到M-BiVO4的VB，这成功地延缓了电子-空穴对的重新组合，提升了光催化性能。M-BiVO4的CB上的电子还原氧气产生O2ˉ，其VB
青岛大学硕士学位论文8上的空穴有降解污染物的作用，而且可以与水反应产生具有强氧化性的OH，O2ˉ与OH将进一步参与到降解污染物的进程当中[57]。BiVO4+hv→e-CB+h+VB1(1)BiVO4(e-CB)+O2→·O2-1(2)BiVO4(h+VB)+H2O→·OH+H+1(3)图1.3单斜BiVO4/四方锆石型BiVO4异质结在可见光下的降解机理[57]Fig.1.3DegradationmechanismofM-TBiVO4heterojunctionundervisible-lightillumination[57]1.2.3提高BiVO4光催化活性的方法（一）形貌控制.BiVO4的有效空穴扩散长度约为57-75nm，比其他许多氧化物的有效空穴扩散长度都要长[58]。因此，BiVO4较容易通过改善纳米结构提高光催化性能。Choi等人以电沉积BiOI为前驱体，合成了一种高比表面积的多孔BiVO4膜（平均粒径76nm）[59]。最近的研究中，Choi等人修改了BiOI的沉积条件，使BiOI变得更厚更密集，这导致生成了结晶度更高的BiVO4颗粒[60]。粒子的平均直径（约110nm）仍然足够小，致密的BiVO4膜增加了单位面积的光吸收，使得BiVO4的光电流密度得到大幅度提升。（二）掺杂元素掺杂可以增加BiVO4的载流子密度和电导率[61]。BiVO4最成功的掺杂是将Mo6+或W6+掺杂到V5+位点[62]。除了掺杂BiVO4的V5+位点外，Wendler等人还研究了一系列镧(Ln)金属离子作为掺杂物进入Bi3+位点[63]，他们观察到BiVO4晶格的大
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型超稳定四氢喹啉连接的共价有机骨架材料的制备及其不对称光催化性能（英文）[J]. 李纯志,马银华,刘浩然,陶琳,任亦起,陈雪莲,李贺,杨启华. Chinese Journal of Catalysis. 2020(08)
[2]Magnetically recoverable Fe3O4@polydopamine nanocomposite as an excellent co-catalyst for Fe3+ reduction in advanced oxidation processes[J]. Ling Fan,Jinliang Xie,Zhilin Zhang,Yaping Zheng,Dongdong Yao,Ting Li. Journal of Environmental Sciences. 2020(06)
[3]Chlorophyll sensitized BiVO4 as photoanode for solar water splitting and CO2 conversion[J]. Yiqing Feng,Hanyun Cheng,Jin Han,Xiuzhen Zheng,Yangyang Liu,Yang Yang,Liwu Zhang. Chinese Chemical Letters. 2017(12)
本文编号：3485320
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