高质量钒酸铋薄膜的制备及光生载流子行为

发布时间：2022-01-06 12:46

　　当前,能源危机和环境污染是人类面对的共同挑战。许多国家都把能源安全放在了整个国家安全体系中的重要位置,人类对环境的保护意识也在逐渐增强。伴随着我国城市化进程的加快,能源消耗迅速增加,环境问题也随之日益突出。解决能源危机和环境问题,对于促进我国社会和环境的可持续发展有着十分重要的意义。目前我国的主要能源类型仍然以煤炭、石油和天然气等传统的化石能源为主。传统的化石能源在使用过程中会产生大量的二氧化碳、硫氧化合物和氮氧化合物等,这些会导致酸雨、臭氧层空洞和温室效应等环境问题。最重要的是化石能源储量有限,终究会消耗殆尽。综上,我国的新型可再生能源的技术开发和利用就显得尤为重要和迫切。光催化技术可以利用太阳光高效地分解水产生清洁能源—氢能,同时还可以利用太阳光将环境中的污染物降解为二氧化碳和水,使有机污染物得到无害化处理。因此,光催化技术是一种有望同时解决能源危机和环境污染问题的具有很大应用潜力的高新技术。目前对光催化剂研究较为深入的是二氧化钛,但是二氧化钛仅能够吸收太阳光中的紫外光部分,因而对太阳光的利用率非常低,这极大地限制了其在工业生产中的应用。因此,具有廉价、无毒和稳定性好等诸多优点的单... 

【文章来源】：河南大学河南省

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

光催化原理示意图

3于多种有机污染物的催化降解[8]。但是其禁带宽度比较大(Eg>3.0eV)，决定了TiO2只能吸收利用太阳光中波长在390nm以下的紫外光部分，而紫外光部分的能量在太阳光总能中所占的比例不到5%，这就导致TiO2对太阳光的利用效率较低[9]。因此提高光催化剂对太阳光的利用率，成为了光催化领域的研究热点。目前，为提高TiO2对太阳光的利用率，研究者做了诸多的努力，如掺杂改性和半导体复合改性等。尽管TiO2在改性后对可见光的吸收能力得到了一定的改善，但是由于改性成本高，改性后的TiO2光催化稳定性差等原因，改性后的TiO2在实际应用中的效果仍然不够理想。因此，为了充分利用太阳光，更多的研究者把目光投向了开发新型可见光响应的光催化剂[10]。近年来，关于可见光响应的光催化剂的报道日益增多，常见的氧化物类可见光催化剂，如禁带宽度为2.5eV的WO3和2.8eV的Fe2O3等[11]。常见的硫化物类可见光催化剂，如CdS和In2S3等[12]。尤其是一系列铋系光催化剂，如BiVO4和Bi4Ti3O12等，由于具有良好的可见光响应，也成为了当下研究的热点之一[13]。1.2铋系半导体光催化材料1.2.1铋系半导体光催化材料简介铋(Bi)系半导体光催化材料受到研究者的青睐，主要是由于铋系半导体光催化材料光吸收范围广，电子结构独特等优点，而且是自然界中少有的具有低毒性和低放射性的材料。Bi元素在元素周期表中属于第V主族，其外层电子为6s26p3，容易形成三价化合物，且形成的化合物禁带宽度一般较窄，可以很好的吸收太阳光中的可见光部分。如图1-2所示，大多数铋系光催化剂具有较强的氧化能力，是很好的光催化材料。图1-2常见含铋光催化剂的能带结构

5图1-3(a)四方白钨矿型，单斜白钨矿型，(b)四方硅酸锆型BVO的晶体结构(红色代表V，紫色代表Bi，灰色代表O)；(c)四方白钨矿型，(d)单斜白钨矿型和(e)四方硅酸锆型BVO结构中Bi和V离子的局部配位，图中键长的单位是[18]BVO的晶型可以通过粉末衍射技术以及热力学分析等多种方法来确定。在BVO制备过程中，温度对BVO的晶型影响较大，因而可以通过控制制备温度，实现不同晶型之间的转化。在温度为528K条件下，单斜白钨矿型和四方白钨矿型之间会发生可逆相变。当四方硅酸锆型BVO被加热至温度为670-770K时，可以相变为单斜白钨矿型BVO，且此相变过程不可逆[19]。1.3.2BVO的研究现状BVO的光催化活性与其晶相密切相关，同等条件下，在这三种晶相中，单斜晶相的BVO光催化性能优于四方晶相的BVO[20]。主要原因是：两种晶相的禁带宽度不同，吸收光的光谱范围也不同。单斜白钨矿结构的BVO禁带宽度最窄，因而对可见光的吸收范围最广，光催化活性也最高。因此，目前单斜白钨矿结构的BVO成为了研究者的主要研究对象。采用不同的制备方法制备出的BVO，其形貌结构以及光催化性能往往有很大差别。目前BVO粉体的制备方法最为成熟，也最为广泛，常见的制备方法有：水热法、溶胶-

【参考文献】：
博士论文
[1]铁酸铋复合材料的制备及可见光催化性能研究[D]. 王兴福.南京邮电大学 2017

硕士论文
[1]钒酸铋（0k0）单晶薄膜的制备以及光物理光催化性能[D]. 申乾云.河南大学 2018



本文编号：3572480