高光催化活性钒酸铋的形貌控制及其复合材料的研究

发布时间：2019-11-12 07:32

【摘要】：光催化是当今世界一个非常重要的研究课题。光降解有机污染物、光解水制氢等重要光催化过程的研究备受人们青睐。几十年来,光催化理论和应用研究都取得了极为重要的进展。TiO_2以其优异的光催化活性和成本低廉等优点而成为几十年来最为广泛研究的半导体光催化剂,然而其实用研究长期以来未有较大突破,根本原因在于其自身催化活性不够高和太阳能利用率较低。近年,人们在探索新型光催化剂研究中取得了一些重要进展。本学位论文是在前人研究的基础上,进一步的深入研究新型可见光催化剂BiVO_4。通过形貌调控、复合等途径,提高了BiVO_4的光生电子-空穴的分离效率,拓展其光响应范围。论文利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)及透射电子显微镜(TEM)对材料进行形貌观察,借助X射线光电子能谱分析(XPS)等揭示表面层结构与成分,通过X射线粉末衍射仪(XRD)等测定材料的晶相结构等,分析研究了催化剂的形貌、晶相结构、表面组成、吸光特性、光生载流子的分离效率等之间的关联性。论文研究了以下三个体系:1、利用水热-溶剂热两步法制备BiPO_4/BiVO_4复合材料。研究表明,BiVO_4呈高{010}{110}暴露晶面的截顶双锥状,BiPO_4纳米颗粒较均匀地附着在BiVO_4表面上,BiPO_4与BiVO之间相互形成异质结。光电流测试表明,异质结促进光生载流子的有效转移和分离。在可见光条件下,BiPO_4/BiVO_4能有效降解罗丹明B。当BiPO_4与BiVO_4的投料摩尔比为3:10时,所得样品的光催化活性最优。2、采取简单的水热-溶剂热两步法,通过形貌调控以及异质结的构筑,制备了不同摩尔比的h-In_2O_3/BiVO_4复合材料。材料表征结果表明,所制备得到的m-BiVO_4为具有高暴露的{010}{110}晶面的截顶双锥体形状,六方In_2O_3纳米颗粒生长于其表面,两者形成异质结结构。由于BiVO_4的高活性暴露面的形成和异质结的改进提高光生载流子的分离效率,在降解罗丹明B时h-In_2O_3/BiVO_4展现出了优越的可见光光催化活性。3、以葡萄糖为原料水热制备出粒径约250 nm的单分散碳球。并以此为模板,采用溶剂热法制出BiVO_4/碳球复合物,碳球模板锻烧去除后即得到BiVO_4亚微米空心球。实验结果表明:碳球模板分散性良好、球表光滑均匀,且以乙二醇作为溶剂可以得到更小尺寸的空心球。空心球由m-BiVO_4组成,紫外可见吸收光谱表明其带隙能约为2.34 eV。空心球BiVO_4催化剂在目标污染物罗丹明B染料的降解过程中表现出优异的可见光催化活性。文中对乙二醇作为溶剂在BiVO_4聚集时的作用作了深入讨论。
【图文】：

的为导带(CB)；充满了电子下的“准连续”能带中最上面为价带（VB）1所示：图1.1 常见催化半导体材料的能带电位与禁带宽度图Fig.1.1 Bandwidth and energy band diagram of semiconductor+2.0+0.5-0.5-1.0-1.5+2.5+1.0+1.5+4.0+3.0+3.50E/HEN-4.5-5.0-8.5-7.5-6.5-5.5-3.5-8.00-6.0-7.0-3.0-4.0(真空)ECΔE=1.4eV2.2eV2.25eVEVTiO2(n)CdS(n)CdSe(n)SiC(n,p)GoP(n.p)GoAsP(n.p)GoAs(n,p)3.0eV3.2eV3.8eV3.2eV3.2eV2.5eV1.7eVSnO2(n)WO3(n)ZnO(n)H2/H+

研显的晶的凝胶胶产Fig.1.3研究成果表明显然晶型不同的。只有在短晶铋钒酸盐可的主要制备胶法胶法（Sol-G产物前驱体。图1.3 BiVCrystal ph明[37]，同等同，禁带宽短波长（如可在 UV 范备方法介绍Gel 法）是一。首先通过VO4的晶相之hase transitio等条件下，宽度是不同如紫外线照范围内反应，，绍一种的在温过聚合物的之间转变图on diagram o单斜相钒酸的，带隙是射可以驱动并在可见温和条件下制胶联作用将f BiVO4酸铋的光催是不同的，动反应等）见光波长范围制备材料的将预配溶液催化所的围的普液变
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ135.32;TB33

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本文编号：2559668