钒酸铋的形貌调控及光催化性能研究

发布时间：2017-09-25 20:34

  本文关键词：钒酸铋的形貌调控及光催化性能研究

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【摘要】：随着近现代工业迅速发展,环境污染和煤、石油能源枯竭等问题呈现在人们面前,严重影响了人们的生产和生活。在治理污染和获取新型能源迫在眉睫之际,一种新型能利用太阳能光解有机污染物、光解水制氢的光催化技术应运而生。能带宽度为2.4 eV的单斜白钨矿晶相BiVO_4光催化剂对太阳光有强烈吸收,且容易制备、无毒、具有良好的稳定性,引起了大量的科研者的关注。光催化剂晶型结构与形貌对光催化反应都有着重要的影响,本文通过对钒酸铋进行形貌调控与表面结构处理,达到调控光催化性能的目的。采用水热法调控合成了具有不同形貌的钒酸铋粉体。通过温度调控制备出具有球状(四方锆石晶型)和板状(单斜白钨矿晶型)形貌BiVO_4。在性能较优的合成温度下,通过改变pH合成了梭型钒酸铋、改变浓度合成了十字花型钒酸铋、改变添SDBS表面活性剂合成了沿(010)晶面取向生长的针棒状钒酸铋。利用XRD、DRS、RDS、EDS、SEM、TEM、PL、Uv-vis等测试对所制备的不同形貌、不同晶型的钒酸铋样品进行分析表征,研究了所制备样品的成分组成、禁带宽度、表面形貌以及光学性能。以亚甲基蓝作为降解物,通过分光光度计检测其脱色率来分析所合成光催化剂在太阳光下的催化性能,分析结果显示:不同调控条件下合成了具有多种形貌的BiVO_4晶体,其对应的催化性能差异明显。其中SDBS表面活性剂添加量为0.1 g,pH值为7、水热温度在170℃、水热时间12 h时,合成的板状(单斜白钨矿结构)BiVO_4粉体具有相对较高的光催化性能。在模拟太阳光照120 min对亚甲基蓝的降解率可达38.61%。分别用Ag~+和Mn~(2~+)表面处理板状和梭型形貌BiVO_4试样,结果表明:表面处理后,实现了在BiVO_4暴露的(010)和(110)晶面负载Ag和MnO_x,形成了Ag/BiVO_4和MnO_x/BiVO_4异质结构。Ag~+和Mn~(2~+)表面处理在一定程度上提高了电荷空穴分离效率,降低Ag-BiVO_4和MnO_x-BiVO_4光催化剂带隙宽度,从而提高了所改性的光催化剂性能,较处理前分别提高了30.02%和20.91%。
【关键词】：钒酸铋 表面改性 表面活性剂 光催化
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ135.32
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 背景简介11-12
• 1.2 BiVO_4光催化材料研究进展12
• 1.3 BiVO_4光催化剂结构12-14
• 1.4 BiVO_4光催化剂的制备方法14-15
• 1.5 光催化作用的机理15-16
• 1.6 本课题选题意义及研究内容16-18
• 第2章 实验方案与研究方法18-25
• 2.1 实验原材料及其所需设备18-19
• 2.1.1 实验药品18
• 2.1.2 实验仪器与设备18-19
• 2.2 实验研究方法19
• 2.2.1 水热法制备原理19
• 2.2.2 水热法的优点19
• 2.3 实验流程19-22
• 2.3.1 工艺流程19-21
• 2.3.2 BiVO_4粉体的制备21
• 2.3.3 光催化实验21-22
• 2.4 表征方法22-24
• 2.4.1 X-射线衍射22
• 2.4.2 透射电子显微镜22
• 2.4.3 扫描电子显微镜22-23
• 2.4.4 EDS能谱23
• 2.4.5 紫外-可见漫反射光谱23
• 2.4.6 荧光光谱23-24
• 2.4.7 拉曼光谱24
• 2.4.8 光催化活性测试24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 BiVO_4晶体结构及光催化性能研究25-40
• 3.1 BiVO_4粉体晶体结构25-27
• 3.1.1 不同水热温度下BiVO_4晶体结构25-26
• 3.1.2 不同pH值下BiVO_4的晶体结构26-27
• 3.1.3 不同反应物的浓度BiVO_4晶相组成27
• 3.2 微观形貌分析27-33
• 3.2.1 不同水热温度BiVO_4微观形貌28-29
• 3.2.2 不同反应物浓度BiVO_4微观形貌29-31
• 3.2.3 不同pH下BiVO_4微观形貌31-33
• 3.3 紫外-可见漫反射光谱33-34
• 3.3.1 不同pH下BiVO_4紫外-可见漫反射光谱33-34
• 3.3.2 不同温度下BiVO_4紫外-可见漫反射光谱34
• 3.4 荧光光谱(PL)34-36
• 3.4.1 不同pH值下BiVO_4荧光光谱35
• 3.4.2 不同水热温度下BiVO_4荧光光谱35-36
• 3.5 光催化性能分析36-39
• 3.5.1 不同pH下BiVO_4光催化活性36-37
• 3.5.2 不同温度下BiVO_4光催化活性37-38
• 3.5.3 不同合成浓度BiVO_4光催化活性38-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章 钒酸铋晶体表面改性及性能研究40-56
• 4.140-42
• 4.1.1 掺加SDBS表面活性剂BiVO_4的晶相组成40-41
• 4.1.2 Ag~+、Mn~(2+)表面改性后BiVO_4的晶相组成41-42
• 4.2 微观形貌分析42-45
• 4.2.1 Ag~+、Mn~(2+)表面改性BiVO_4的微观形貌42-43
• 4.2.2 不同SDBS添加量BiVO_4的微观形貌43-45
• 4.3 透射电镜分析45-46
• 4.4 荧光光谱(PL)46-47
• 4.4.1 不同SDBS添加量BiVO_4的荧光光谱46-47
• 4.4.2 Ag~+、Mn~(2+)表面改性BiVO_4的荧光光谱47
• 4.5 紫外可见漫反射光谱47-49
• 4.5.1 Ag~+表面改性BiVO_4的紫外可见漫反射图谱47-48
• 4.5.2 Mn~(2+)表面改性BiVO_4的紫外可见漫反射图谱48-49
• 4.6 Ag~+、Mn~(2+)表面改性的拉曼光谱49-50
• 4.7 光催化性能分析50-52
• 4.7.1 不同SDBS添加量BiVO_4的光催化活性50-51
• 4.7.2 Ag~+、Mn~(2+)表面改性BiVO_4的光催化活性51-52
• 4.8 机理分析52-54
• 4.8.1 Ag~+、Mn~(2+)表面改性BiVO_4形成机理分析52-53
• 4.8.2 表面活性剂改性BiVO_4形成机理分析53-54
• 4.9 本章小结54-56
• 结论56-57
• 参考文献57-63
• 硕士期间发表的学术论文及成果63-64
• 致谢64

【参考文献】

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本文编号：919493