钒酸铋材料的制备与光催化性能研究

发布时间：2017-09-03 19:14

  本文关键词：钒酸铋材料的制备与光催化性能研究

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【摘要】：目前,环境污染以及化石能源短缺这两项难题正在制约着社会的发展,因此,如何有效的利用太阳能,实现新能源的开发和利用以及降解污染物成为近年来的研究热点。铋系光催化剂以较窄的禁带宽度,良好的催化活性,而受到广泛关注。本文采用不同方法合成材料,使用XRD、FE-SEM、UV-Vis、EDS等对样品进行了表征,并探索了材料的光降解效率。主要研究工作和结论如下：采用普通水热法以Bi(NO3)3和NH4VO3为原料合成BiVO4光催化剂,研究了前驱体溶液的酸碱度、实验反应温度、以及络合剂EDTA添加量对BiVO4晶体结构、形貌的控制作用。当前驱体溶液pH值为中性、160℃反应20h制备样品为单斜晶相钒酸铋,催化性能最高为53.1%。在此基础上添加不同比例EDTA所制备得到样品为单斜晶相,当EDTA:Bi3+=1:0.5时制备立方体壳层结构催化性能最佳,亚甲基蓝溶液4小时降解率为72.7%。采用微波水热法Bi(NO3)3和V205为原料合成BiVO4光催化剂,通过研究发现：前驱体溶液为中性时,升高反应温度样品中单斜晶相含量升高,但四方晶相一直存在。调节前驱体溶液pH值为9、在180℃C条件下加热1小时制备了纯单斜晶相样品,在此基础上添加EDTA制备的碗壳形貌样品对亚甲基蓝降解率最高,4小时降解率为78.6%。在水热条件下,通过向钒酸铋前驱体溶液中添加不同种类、不同含量的稀土元素,制备出稀土离子掺杂的钒酸铋光催化材料。通过在可见光下对亚甲基蓝溶液进行降解,发现掺杂1%Sm元素制备的钒酸铋材料光催化性能最高达到69.8%,比同条件下制备的纯单斜相BiV04降解率高16.7%,通过离子掺杂在一定程度上使电子和空穴的复合几率降低,这为提高催化剂的效率提供一种可行的方法。
【关键词】：钒酸铋 水热法 光催化降解 稀土掺杂
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 引言9
• 1.2 半导体光催剂及催化反应原理9-12
• 1.3 半导体光催化剂光催化活性12-17
• 1.3.1 能带位置的影响12
• 1.3.2 晶体结构的影响12-13
• 1.3.3 晶粒尺寸的影响13-14
• 1.3.4 光催化反应实验中反应条件的影响14-15
• 1.3.5 提高光催化活性的途径15-17
• 1.4 铋系可见光催化剂研究现状17-22
• 1.5 本文的研究内容22-23
• 第2章 光催化剂钒酸铋的制备材料及表征方法23-28
• 2.1 化学试剂及实验仪器23-24
• 2.1.1 化学试剂23
• 2.1.2 实验仪器23-24
• 2.2 实验样品的表征方法24-26
• 2.2.1 X射线衍射测试(XRD)24
• 2.2.2 扫描电镜(FE-SEM)24-25
• 2.2.3 X射线能谱仪(EDS)25
• 2.2.4 紫外-可见漫反射吸收光谱25-26
• 2.2.5 紫外-可见吸收光谱26
• 2.3 催化剂光催化性能的检测26-28
• 第3章 普通水热法制备钒酸铋样品28-40
• 3.1 引言28-29
• 3.2 不同条件下制备钒酸铋样品29
• 3.3 调节pH值制备钒酸铋样品的结构和性能29-31
• 3.4 不同反应温度对钒酸铋样品的影响31-34
• 3.5 添加络合剂EDTA制备钒酸铋样品34-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章 微波辅助法合成钒酸铋样品及表征40-50
• 4.1 引言40-41
• 4.2 微波辅助法制备钒酸铋样品41
• 4.3 反应温度对微波法制备BiVO_4样品的影响41-43
• 4.4 前驱体溶液pH值对微波法制备BiVO_4样品的影响43-45
• 4.5 添加络合剂EDTA微波制备壳层结构BiVO_4样品45-48
• 4.6 本章小结48-50
• 第5章 稀土掺杂制备钒酸铋样品50-59
• 5.1 引言50
• 5.2 稀土掺杂钒酸铋光催化材料的制备50-51
• 5.3 掺杂不同稀土元素制备钒酸铋样品51-54
• 5.4 掺杂不同含量Sm元素制备钒酸铋样品54-58
• 5.5 本章小结58-59
• 结论与展望59-61
• 参考文献61-70
• 致谢70

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本文编号：786845