BiVO 4 晶面异质结的构筑及其光催化性能研究
发布时间：2021-11-28 22:09
半导体光催化技术的飞速发展有望解决能源问题和环境问题。传统的TiO2材料因其带隙较宽,在光催化领域受到了很大的限制。BiVO4因其适宜的带隙、易制备、成本低廉以及无污染等优点受到了人们的广泛关注。但是,BiVO4存在光生载流子易复合而导致光催化效率过低的缺点。因此,如何抑制光生载流子的复合已经成为当前光催化领域研究的热点问题。本文首先采用水热法制备了活性晶面暴露比不同的单斜相BiVO4,再利用水热法沉积CdS和光沉积法沉积Au-CdS,构建异质结光催化剂,来研究晶面调控、贵金属沉积以及异质结的构筑对其光催化活性的影响。主要研究内容如下:（1）晶面调控单斜相钒酸铋样品可控合成高暴露活性晶面用于提高样品的光催化效率半导体光催化剂的活性受材料表面原子结构的影响较大,因为反应物的吸附、产物的脱附、光生电子和反应物之间的转移,这些在本质上均受到表面原子排列的影响,并且晶面取向的不同会改变表面原子的排列顺序,由此可见,光催化剂的活性对活性晶面暴露比的变化非常敏感。为此,本实验通过调节前驱体溶液的pH以及水热反应...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
为半导体光催化反应的基本原理示意图(Maeda,2013)
2半导体光催化反应原理主要概括为三步：第一，在光照条件下，当入射光子能量大于半导体的禁带宽度时，半导体光催化剂处于激发状态，其价带上的电子会跃迁到导带上，而在原来的位置上留下一个空穴，即产生光生载流子（光生电子-空穴对）；第二，光生载流子在内部电场的作用下发生分离并迁移至半导体的表面；第三，迁移至表活性位点的光生载流子会在光催化剂的表面与所吸附物质发生氧化还原反应。图1-1为光催化剂的激发过程，以及光生载流子的迁移途径。在载流子的迁移过程中，有很大一部分光生电子和空穴会在半导体内部发生复合（过程C），迁移至半导体表面的载流子又会有一部分发生表面复合（过程B），最后迁移至光催化剂表面且未发生复合的光生载流子才能与吸附在半导体表面的物质发生氧化还原反应（过程D和E），该过程为光催化反应的决速步骤。为了有效提高半导体光催化剂的催化效率，就需要捕获光生载流子，抑制其复合，所以寻找促进光生电子-空穴对分离并能抑制其复合的办法可以提高半导体光催化剂的催化活性。1.2.2半导体光催化剂技术的应用半导体光催化技术在诸多领域都有广泛的应用前景，例如光催化分解水、降解有机污染物、CO2还原等。（1）光催化分解水图1-2光催化分解水示意图(YuanL,2016)水是一种十分稳定的化合物，基于热力学过程，水的分解是一个吉布斯自由
4图1-3为NaTaO3-xNx在可见光下降解染料的机理图(LiuDR,2011)1.2.3光催化技术的影响因素半导体光催化分解水以及降解有机污染物等的研究都与其制备过程、物相结构及其性能优化有关，而半导体光催化剂的催化活性受到很多因素的影响，例如活性晶面暴露比、形貌、能带结构、比表面积、物相结构、晶粒尺寸等，而且一般情况下不是由某个单一因素所决定的，而是多种因素共同作用的结果。(1)活性晶面暴露比半导体光催化过程主要包括光激发产生电子-空穴对、载流子的扩散及其在粒子表面的迁移。表面原子的结构会大大影响半导体光催化剂的活性，因为反应物的吸附、产物的脱附、光生电子和反应物之间的转移，这些在本质上均受到表面原子排列的影响，并且晶面取向的不同会改变表面原子的排列顺序，由此可见，光催化剂的活性对活性晶面暴露比的变化非常敏感(HanX,2009)。以TiO2为例(YangHG,2008;LiuG,2011)，研究证实锐钛矿型TiO2的{010}晶面比热力学更稳定的{110}晶面活性更高。综上，可以通过改变活性晶面暴露比来达到促进光催化反应活性能的目的。(2)形貌形貌调控在半导体催化剂催化活性的提高方面具有很大作用，不仅可以促进电子传质以及光的吸收，另一方面还能促进光生载流子的分离，从而抑制光生电子-空穴对的分离，为获得高效的半导体光催化剂提供可能。以锐钛矿晶型的
【参考文献】：
期刊论文
[1]Microemulsion synthesis and photocatalytic activity of visible light-active BiVO4 nanoparticles[J]. LIU Wei,WANG XiangFei,CAO LiXin,SU Ge,ZHANG Lan & WANG Yong Gang Institute of Materials Science and Engineering,Ocean University of China,Qingdao 266100,China. Science China（Chemistry）. 2011(05)
[2]碳纳米管辅助下ZnS光催化过程中光腐蚀机理的研究[J]. 冯守爱,赵江红,朱珍平. 化工新型材料. 2008(11)
[3]大气中氮氧化物的污染与防治[J]. 任剑锋,王增长,牛志卿. 科技情报开发与经济. 2003(05)
硕士论文
[1]BiVO4异质结光催化剂的制备及可见光光催化性能研究[D]. 赵超.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3525239
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
为半导体光催化反应的基本原理示意图(Maeda,2013)
2半导体光催化反应原理主要概括为三步：第一，在光照条件下，当入射光子能量大于半导体的禁带宽度时，半导体光催化剂处于激发状态，其价带上的电子会跃迁到导带上，而在原来的位置上留下一个空穴，即产生光生载流子（光生电子-空穴对）；第二，光生载流子在内部电场的作用下发生分离并迁移至半导体的表面；第三，迁移至表活性位点的光生载流子会在光催化剂的表面与所吸附物质发生氧化还原反应。图1-1为光催化剂的激发过程，以及光生载流子的迁移途径。在载流子的迁移过程中，有很大一部分光生电子和空穴会在半导体内部发生复合（过程C），迁移至半导体表面的载流子又会有一部分发生表面复合（过程B），最后迁移至光催化剂表面且未发生复合的光生载流子才能与吸附在半导体表面的物质发生氧化还原反应（过程D和E），该过程为光催化反应的决速步骤。为了有效提高半导体光催化剂的催化效率，就需要捕获光生载流子，抑制其复合，所以寻找促进光生电子-空穴对分离并能抑制其复合的办法可以提高半导体光催化剂的催化活性。1.2.2半导体光催化剂技术的应用半导体光催化技术在诸多领域都有广泛的应用前景，例如光催化分解水、降解有机污染物、CO2还原等。（1）光催化分解水图1-2光催化分解水示意图(YuanL,2016)水是一种十分稳定的化合物，基于热力学过程，水的分解是一个吉布斯自由
4图1-3为NaTaO3-xNx在可见光下降解染料的机理图(LiuDR,2011)1.2.3光催化技术的影响因素半导体光催化分解水以及降解有机污染物等的研究都与其制备过程、物相结构及其性能优化有关，而半导体光催化剂的催化活性受到很多因素的影响，例如活性晶面暴露比、形貌、能带结构、比表面积、物相结构、晶粒尺寸等，而且一般情况下不是由某个单一因素所决定的，而是多种因素共同作用的结果。(1)活性晶面暴露比半导体光催化过程主要包括光激发产生电子-空穴对、载流子的扩散及其在粒子表面的迁移。表面原子的结构会大大影响半导体光催化剂的活性，因为反应物的吸附、产物的脱附、光生电子和反应物之间的转移，这些在本质上均受到表面原子排列的影响，并且晶面取向的不同会改变表面原子的排列顺序，由此可见，光催化剂的活性对活性晶面暴露比的变化非常敏感(HanX,2009)。以TiO2为例(YangHG,2008;LiuG,2011)，研究证实锐钛矿型TiO2的{010}晶面比热力学更稳定的{110}晶面活性更高。综上，可以通过改变活性晶面暴露比来达到促进光催化反应活性能的目的。(2)形貌形貌调控在半导体催化剂催化活性的提高方面具有很大作用，不仅可以促进电子传质以及光的吸收，另一方面还能促进光生载流子的分离，从而抑制光生电子-空穴对的分离，为获得高效的半导体光催化剂提供可能。以锐钛矿晶型的
【参考文献】：
期刊论文
[1]Microemulsion synthesis and photocatalytic activity of visible light-active BiVO4 nanoparticles[J]. LIU Wei,WANG XiangFei,CAO LiXin,SU Ge,ZHANG Lan & WANG Yong Gang Institute of Materials Science and Engineering,Ocean University of China,Qingdao 266100,China. Science China（Chemistry）. 2011(05)
[2]碳纳米管辅助下ZnS光催化过程中光腐蚀机理的研究[J]. 冯守爱,赵江红,朱珍平. 化工新型材料. 2008(11)
[3]大气中氮氧化物的污染与防治[J]. 任剑锋,王增长,牛志卿. 科技情报开发与经济. 2003(05)
硕士论文
[1]BiVO4异质结光催化剂的制备及可见光光催化性能研究[D]. 赵超.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3525239
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3525239.html
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