四方相铁掺杂钒酸铋的制备与应用研究

发布时间：2019-04-11 19:21

【摘要】：昔日过去的几十年里,出现了一种新的环境控制技术,引起了环境净化领域的普遍关注。为了能够更好的利用太阳能,许多研究工作更倾向于在可见光范围内,能够使半导体光催化剂高效的发生响应,因为可见光是组成太阳光的重要部分,并且所占比列高达43%。关于光催化剂的应用,至今仍存在许多亟待处理的问题,例如少量电荷的传递,以及弱的表面吸附能力等等。钒酸铋(BiVO4)被认为是而今一种前景广阔的半导体光催化剂,但是自身仍有诸多的问题,这些问题在一定范围内限制了它的光催化水平。为了解决这些问题,人们研究了很多的方法试图提高它的光催化能力。四方的钒酸铋(t-BiVO4),因为其带隙2.9eV,导致它只能接受在紫外光范围内光谱,在可见光范围内几乎没有任何反应,而紫外光占整个太阳光光谱的部分还不足10%。因此,想办法提高四方相钒酸铋(t-BiVO4)的光催化性能,使其能够吸收可见光范围内的光谱,成为目前研究的重点。我们经过研究,发现对四方相钒酸铋掺杂Fe3+后,经过测试后,发现制备的铁元素掺杂的钒酸铋系列粉体,依然能够保持t-BiVO4的结构,还能够很明显地加强它的光催化活性。本论文采用化学沉淀法,通过掺杂铁元素的不同比例,合成四方相Bi(1-x)FexVO4系列粉体,而且进一步探究其光催化能力。1.四方相Bi(1-x)FexVO4系列粉体采用化学沉淀法合成,研究了不同pH值下样品的纯度和罗丹明B在可见光范围内的降解情况。经过实验测定,我们发现,在强酸条件下,制备出的Bi(1-x)FexVO4系列粉体,依然保持着钒酸铋的四方相结构,并且当铁元素的掺杂量超过60%时,粉体的光催化性能明显逐渐增强,特别是Bi0.3Fe0.7VO4这个比例粉体,光降解能力已经明显比单斜相的钒酸铋粉体高。2.通过第一性原理的计算,从禁带宽度、光吸收方面,从理论上探究掺杂铁元素之后,四方相钒酸铋能带的变化,经过计算,纯的四方相钒酸铋的禁带宽度为2.875eV,接近于实验上的2.9 eV,而经过理论计算后,掺杂了铁元素之后的四方相钒酸铋,带隙显著减小,掺杂12.5%的铁元素的四方相钒酸铋,其禁带宽度变为2.6eV,能带间隙减小,意味着光吸收的增强,从理论上证明出掺杂了铁元素的四方相钒酸铋,光吸收增大,以致光催化性能变好,这与实验所得的结论是一致的。3.采用化学沉淀法,制备铁元素掺杂单斜相钒酸铋的系列粉体,经过实验和测试,我们发现,单斜相钒酸铋掺杂了铁元素之后,光催化性能反倒逐渐削弱,没有像四方相钒酸那样,呈增强的趋势,并且四方相Bi0.3Fe0.7VO4这个比例粉体,依然是降解效率最好的。4.将化学沉淀法、水热合成法以及马弗炉煅烧后转变为m-BiVO4,取等质量的粉体,在可见光照射下,降解浓度相同的罗丹明B水溶液,从实验可以看到,不同的合成方法的单斜相钒酸铋(m-BiVO4),具有最好的光催化作用的是化学沉淀法,其次是水热合成法,降解效果最差的就是高温变相后的钒酸铋。但是降解效果最好的单斜相钒酸铋(m-BiVO4),光催化程度依然不及四方相Bi0.3Fe0.7VO4这个比例粉体。
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【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36

【参考文献】