钒（钼）酸铋光催化剂的软化学合成及其性能研究

发布时间：2020-03-26 19:27

【摘要】：自从进入21世纪以后,人类不断面临能源危机,生活环境日益恶化,那么充分利用自然资源成为当下主要研究方向。太阳能是自然界最丰富的资源,我们的利用光催化技术降解有机污染物正好可以充分利用太阳能。且近年来光催化技术的研究已成为热点,新型半导体光催化剂的开发对高效利用太阳能有重大意义。钼(钒)酸铋是铋系光催化剂中的代表,它们不仅可见光催化活性良好,且不会造成二次污染,受到国内外研究工作者的广泛关注。本文研究重点主要是探索乙二醇溶剂热法合成钒酸铋的最佳pH值,并在此基础上对其进行金属Cu掺杂改性;再则是研究溶胶-凝胶法制备钼酸铋的基础条件,然后在最佳制备条件下对其进行金属Eu和金属Fe共掺杂改性来进一步提高其可见光催化活性。具体研究内容如下:(1)以硝酸铋、偏钒酸铵为原料,采用乙二醇溶剂热法,在反应温度为180℃,反应时间为10 h的条件下制备钒酸铋光催化剂,探索其最佳pH;并通过XRD、SEM和UV-Vis DRS对所制备的样品进行表征。研究反应不同pH对Bi VO_4可见光催化活性的影响。结果表明:pH=11时,钒酸铋光催化活性最佳,对罗丹明B的降解率为37.06%。而后在pH=11基础上,添加乙二胺四乙酸(EDTA)作为螯合剂,成功制备出一系列分层的蚕茧包裹状结构的xCu-BiVO_4光催化剂,并研究掺杂组分Cu对BiVO_4的影响,利用XRD、SEM、XPS、PL和UV-vis DRS等手段对其进行表征和分析。结果表明:大量的Cu~(2+)对BiVO_4的晶相没有影响,但是对它的形态有很大的影响,由于Cu~(2+)的掺杂,催化剂的形貌由由花朵状变成了分层的蚕茧包裹状结构。通过在可见光照射下降解罗丹明B(RhB)溶液的实验,掺杂Cu~(2+)能有效的加强了光催化剂BiVO_4的活性,由于改变形貌而提高了光催化活性,加强了光吸收,减小了禁带宽度并且降低了光生电子-空穴对的复合率。光催化性能最好的是1.5Cu-Bi VO_4,它使罗丹明B溶液在可见光照射下50min后的降解率达到了96%。(2)以硝酸铋、钼酸铵为原料,采用溶胶-凝胶法制备钼酸铋光催化剂。探索其最佳煅烧温度,并通过XRD、SEM、TEM和UV-Vis DRS对所制备的样品进行表征。研究反应不同煅烧温度对Bi_2Mo_3O_(12)可见光催化活性的影响。结果表明:煅烧温度为450℃时,Bi_2Mo_3O_(12)的光催化活性最佳,对罗丹明B的降解率为58%。在最佳煅烧温度的基础上对其进行掺杂改性实验,成功制备出了掺杂金属Fe、金属Eu以及金属Fe与金属Eu共掺杂的BMO光催化剂。利用XPS、XRD、SEM、PL和UV-vis DRS等手段对其进行表征和分析。结果表明:在对RhB进行光催化降解时显示出高光催化活性。在可见光照射下光照50 min,Eu-Fe-BMO的最高降解率可达94.1%。这说明由于光生电子-空穴分离,Eu3+不仅分散在晶体表面上的,而且掺入到了BMO的晶格中。除了掺杂Eu3+稍微抑制颗粒生长,单掺杂或共掺杂并没有明显改变蜂窝状形貌。此外,Eu-Fe-BMO的光催化性能不仅仅是Eu-BMO和Fe-BMO两种催化剂的活性的总和。
【图文】：

微观形貌,软化学合成法,分相法,化学沉积法

图 1.1 光催化反应机理图Fig.1.1 Photoeatalysis mechanism of photocatalyst的制备方法的制备方法各异，其中比较常见的方法有以下几种，分相法、化学沉积法、溶胶凝胶法、水热合成法、超声辅光催化剂的微观形貌也各异，相应的光催化活性也会存细介绍一下几种常见光催化剂的制备方法。成法法属于软化学合成法，它是制备光催化剂时最常用到的相对较为成熟。此方法是利用高压反应釜形成一个密闭

SEM图,样品,薄片状结构,高温煅烧

图 2.5 样品的 SEM 图（a1,a2 400℃;b1,b2 450℃;c1c2 500℃;d1d2 550℃.）EM images of the samples (a1 and a2 400℃; b1 and b2 450℃;c1 and c2 500℃;d1 and d2550℃.).6（a）为 Bi2Mo3O12样品在 450℃条件下高温煅烧后的透射电子显微镜图。从图（a）的 TEM 图可以清楚地看到，Bi2Mo3O12样品的形貌依然是起的薄片状结构且大都尺寸较为均匀，直径在 50 nm 左右，这与 SEM 图结果相一致。图 2.6（b）为 Bi2Mo3O12的 EDS 谱图，从图中可以看出该包涵 Bi、Mo、O 三种元素[64,65]。
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36;O644.1

【参考文献】