钒酸铋光光催化材材料的制制备与性能能调控

发布时间：2017-04-19 17:17

  本文关键词：钒酸铋光光催化材材料的制制备与性能能调控，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着全球性能源危机和环境污染问题的日益严重，能够充分利用太阳能制氢或降解污染物的可见光催化材料的制备与研发，是目前材料学、化学和环境科学等领域的研究热点。钒酸铋（BiVO_4）作为一种新型可见光响应型光催化材料，由于具有能隙窄、可见光催化活性高等优点而引起了人们广泛的关注。 本文以Bi(NO3)3和NH4VO3为原料，CTAB为表面活性剂，采用水热法合成了BiVO_4光催化材料，通过对合成的样品进行XRD、SEM、TEM、UV-VIS和BET等一系列的表征，以及在可见光下光催化降解模拟有机污染物罗丹明B来研究pH值、反应温度、反应时间、表面活性剂用量对合成BiVO_4的晶型、形貌与粒度的影响，探索材料结构组成-性能的关系。实验研究表明，采用水热合成法，，以CTAB为表面活性剂，反应物配比Bi:V:CTAB=1:1:1，水热温度110℃、水热时间24小时的条件下可制备出结晶良好的具有单斜白钨矿结构的BiVO_4盘状多面体颗粒。此条件下制备的样品具有最优的光催化性能，光照20min时降解率可达到90%以上。 此外，鉴于BiVO_4存在光量子利用率低，电子和空穴复合几率高，限制BiVO_4光催化材料在光催化领域进一步发展和应用。针对这一问题，本文通过对钒酸铋光催化材料的能带和结构分析，结合单相钒酸铋的制备方法，选择两种途径对其进行改性，以期使光催化活性得到进一步提高。一是通过改变反应物化学计量比，制备出光催化性能优异的BiVO_4/BiOBr复合光催化材料，结果表明，铋过量10%为最佳化学计量，此时制备的样品表现出最佳的光催化性能。光照20min后其对罗丹明B的降解率可达99%。二是以尿素为氮源，通过N的适量原位掺杂制备出掺杂型光催化剂，结果表明氮的掺入对BiVO_4的光催化活性有明显的改善，当N的最佳名义掺入量为20%，此时制备出的N-BiVO_4光催化剂的光催化活性明显优于相同条件下制备出的纯相BiVO_4的光催化活性，高于或低于这一含量均不利于样品光催化性能的发挥。分析认为，半导体复合和离子掺杂可在一定程度上减少电子和空穴的复合几率，提高光量子利用效率，从而提高光催化活性。
【关键词】：钒酸铋 光催化 掺杂 半导体复合 改性
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 光催化原理8-9
• 1.2 光催化材料的研究进展9-12
• 1.2.1 TiO2光催化材料的研究进展9
• 1.2.2 钒酸盐类光催化材料的研究现状9-12
• 1.3 光催化剂的制备方法12-13
• 1.3.1 溶胶凝胶法12
• 1.3.2 沉淀法12-13
• 1.3.4 水热合成法13
• 1.4 半导体光催化剂的改性13-15
• 1.4.1 半导体复合13-15
• 1.4.3 金属或非金属离子掺杂15
• 1.5 论文的研究目的与意义15-16
• 第2章 实验材料及表征方法16-24
• 2.1 实验试剂与仪器16-17
• 2.1.1 实验试剂16
• 2.1.2 实验仪器16-17
• 2.2 催化剂的制备17-18
• 2.3 实验测试与分析18-21
• 2.3.1 粉末 X 射线衍射(XRD)18
• 2.3.2 扫描电镜(SEM)18
• 2.3.3 透射电镜(TEM)18-19
• 2.3.4 紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)19
• 2.3.5 吸光度测试19-20
• 2.3.6 红外光谱(FT-IR)20
• 2.3.7 比表面积测量20-21
• 2.3.8 Kelvin 探针力显微镜(KPFM)21
• 2.4 光催化性能的表征21-24
• 2.4.1 罗丹明 B 最大吸收波长的确定21-22
• 2.4.2 产品光催化性能的测试22-24
• 第3章 钒酸铋光催化材料的制备及表征24-38
• 3.1 钒酸铋的制备24
• 3.2 pH 值对 BiVO_4光催化性能的影响24-26
• 3.3 水热温度对 BiVO_4光催化性能的影响26-28
• 3.4 水热时间对 BiVO_4光催化性能的影响28-31
• 3.5 表面活性剂对 BiVO_4光催化性能的影响31-32
• 3.6 催化剂的稳定性32-33
• 3.7 染料光降解机理探讨33-36
• 3.8 本章小结36-38
• 第4章 BiVO_4/ BiOBr 复合光催化材料38-50
• 4.1 BiVO_4/ BiOBr 光催化材料的制备38-39
• 4.2 BiVO_4/ BiOBr 复合光催化材料的结构与形貌39-42
• 4.3 BiVO_4/ BiOBr 的光学带隙42-43
• 4.4 BiVO_4/ BiOBr 的能带结构与电荷分离43-45
• 4.5 BiVO_4/ BiOBr 的光催化性能45-47
• 4.6 BiVO_4/ BiOBr 催化剂的稳定性47-48
• 4.7 本章小结48-50
• 第5章 钒酸铋光催化材料的掺杂改性50-60
• 5.1 N-BiVO_4光催化材料的制备50-51
• 5.2 N-BiVO_4光催化材料的结构与形貌51-54
• 5.3 N-BiVO_4光催化材料的光学带隙54-55
• 5.4 N-BiVO_4光催化材料的光催化性能55-57
• 5.5 催化剂的稳定性57-58
• 5.6 本章小结58-60
• 结论60-62
• 参考文献62-68
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文68-70
• 致谢70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：316765