可见光响应钒酸铋制备及光催化性能研究

发布时间：2017-01-18 18:57

  本文关键词：可见光响应钒酸铋制备及光催化性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

《哈尔滨理工大学》 2015年

可见光响应钒酸铋制备及光催化性能研究

李丹  

【摘要】：目前，环境污染和能源问题是人们面临的挑战和迫切需要解决的难题，因此，能充分利用太阳能实现光解水制氢或降解有机污染物的新型光催化材料及催化技术成为近年来的研究方向。钒酸铋（BiVO4）是一种可见光响应的光催化剂，窄的带隙宽度，且制备简单等优点，因此，这一新型光催化剂倍受关注。然而在光催化反应中，BiVO4产生的载流子传输效率较差，容易引起电子-空穴对复合而影响光催化效率。本文主要对钒酸铋光催化剂进行改性及光催化性能进行研究。 采用水热法合成了BiVO4粉体及BiVO4/石墨烯复合材料。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、荧光发射光谱（PL）、紫外-可见漫反射光谱（DRS）对样品进行表征，以及通过降解亚甲基蓝来评价光催化活性，从而确定较好的工艺条件。研究表明：pH=6，180℃条件下合成了单斜相钒酸铋，形状规则，发射光谱强度最低，，理论上电子-空穴复合率最低；这一条件下制备的BiVO4对亚甲基蓝的脱色效果较好。 深入地研究了氧化石墨烯（GO）的加入量对BiVO4粉体结构、形貌及性能的影响。XRD分析表明，RGO的加入没有破坏BiVO4的晶体结构；SEM分析表明，成功制备出BiVO4暴露（010）晶面负载石墨烯；PL分析表明，发射光谱强度显著下降，石墨烯中存在的离域大π键作为一个大的电子受体，光生电子移向石墨烯表面，抑制电子－空穴的有效复合，致使光催化材料的催化活性提高。BiVO4/RGO对亚甲基蓝的脱色率比纯BiVO4显著上升。 采用溶胶-凝胶法制备B-BiVO4，利用XRD，XPS，TEM，DRS对样品进行表征和光电化学（PEC）分解水在可见光下的光催化活性。XRD分析表明，硼掺杂前后BiVO4的衍射峰位置无偏移，未发现除单斜相BiVO4以外明显的衍射峰；TEM分析表明，与纯BiVO4相比，非金属元素硼掺杂引起结晶度的增加。晶体尺寸增加与XRD图谱中减小的（112）晶面的衍射峰的最大半高宽相对应；XPS分析表明，B1s在192.3eV存在特征峰。在前驱体中硼元素是以三价态硼酸的形式存在。基于漫反射光谱和硼的芯能级，所观察到的B1s峰位于192.3eV是由于B在BiVO4晶格间隙。此外，掺杂3.0at%B导致Bi4f7/2的峰负向移动和O1s正向移动。这源于B带正电荷掺杂在BiVO4间隙。通过线性扫描伏安曲线（LSV）、光电转化效率（ABPE）、电化学阻抗（EIS）对B-BiVO4这一体系进行光电性能测试，研究表明：0.6at%B掺杂BiVO4光阳极的光电流密度是纯BiVO4的11倍，0.6at%B电荷传输阻抗最低。

【关键词】：
【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】：2015
【分类号】：O643.36
【目录】：

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