鉍基復(fù)合電極的設(shè)計合成及其光電催化性能研究
發(fā)布時間：2021-11-09 12:16
當(dāng)今社會飛速發(fā)展,然而隨之產(chǎn)生的能源短缺與環(huán)境污染等問題卻日益嚴(yán)重。半導(dǎo)體光催化技術(shù)是目前解決上述問題的一種非常有前途的綠色環(huán)保技術(shù),本論文主要對Bi基半導(dǎo)體光催化材料進(jìn)行了以下研究:（1）以Bi（NO3）3和MoCl5作為金屬前驅(qū)體,采用無種子水熱法結(jié)合高溫煅燒制備了Bi2MoO6納米花,其具有比以往報道的其他形貌更高的光電化學(xué)性能,在模擬太陽光照射下,光電流密度達(dá)到0.3 mA/cm2�；贐i（NO3）3和NH4VO3制備了BiVO4前驅(qū)體溶液,使用旋涂法再經(jīng)高溫煅燒制得BiVO4納米薄膜,其緊密排列的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對光電化學(xué)性能的提升起著至關(guān)重要的作用。（2）構(gòu)建了一種具有獨特電子傳輸通道的Bi2MoO6/BiVO4 I型異質(zhì)結(jié)構(gòu),多孔BiVO4薄膜均勻地分布在Bi2MoO6納...
【文章來源】：青島大學(xué)山東省
【文章頁數(shù)】：78 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
a:II型異質(zhì)結(jié)的能帶排列示意圖，b:傳統(tǒng)Z-型異質(zhì)結(jié)示意圖，Red和Ox分別代表供給[10]
孜倏�、单挟呧白钨矿与四份^囡??峁筟52]。在這三種結(jié)構(gòu)中，每個V離子由四面體中的四個O原子配位，每個Bi離子由八個O原子配位。白鎢礦結(jié)構(gòu)和鋯石結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于，前者的每一個Bi離子都被束縛在八個VO4四面體單元上，而后者只有六個VO4束縛在一個Bi離子上。白鎢礦結(jié)構(gòu)中，四方相和單斜相存在差異，因為后者的V和Bi離子發(fā)生了明顯的畸變。單斜相BiVO4中，Bi3+的6s2孤電子對對Bi-O多面體的畸變改善了電荷分離效率以及光催化活性。單斜相BiVO4具有高達(dá)520nm的可見光響應(yīng)，是很有前途的半導(dǎo)體材料[53,54]。圖1.2單斜相BiVO4晶體結(jié)構(gòu)示意圖[54]Fig.1.2SchematiccrystalstructureofmonoclinicphaseBiVO4[54]1.2.2BiVO4的光催化機(jī)理與四方鋯石型BiVO4(T-BiVO4)相比，單斜白鎢礦BiVO4（M-BiVO4）的Bi3+的6s態(tài)形成了額外的價帶，導(dǎo)致單斜白鎢礦BiVO4的帶隙能（2.4eV）小于四方鋯石型BiVO4的帶隙能（2.9eV），光吸收能力增強(qiáng)[55]。然而BiVO4的電荷轉(zhuǎn)移能力較差、電子-空穴對復(fù)合速率快，因此其應(yīng)用受到限制[56]。如圖1.3，將M-BiVO4與T-BiVO4耦合構(gòu)成Ⅰ型異質(zhì)結(jié)以提升光催化降解污染物的效率。BiVO4吸收大于或等于其帶隙能的光子后，價帶（VB）中的電子被激發(fā)并躍遷到導(dǎo)帶（CB），在VB留下空穴。T-BiVO4的CB上的電子可以很容易地轉(zhuǎn)移到M-BiVO4的CB上，同時T-BiVO4的VB上的空穴也將遷移到M-BiVO4的VB，這成功地延緩了電子-空穴對的重新組合，提升了光催化性能。M-BiVO4的CB上的電子還原氧氣產(chǎn)生O2ˉ，其VB
青島大學(xué)碩士學(xué)位論文8上的空穴有降解污染物的作用，而且可以與水反應(yīng)產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的OH，O2ˉ與OH將進(jìn)一步參與到降解污染物的進(jìn)程當(dāng)中[57]。BiVO4+hv→e-CB+h+VB1(1)BiVO4(e-CB)+O2→·O2-1(2)BiVO4(h+VB)+H2O→·OH+H+1(3)圖1.3單斜BiVO4/四方鋯石型BiVO4異質(zhì)結(jié)在可見光下的降解機(jī)理[57]Fig.1.3DegradationmechanismofM-TBiVO4heterojunctionundervisible-lightillumination[57]1.2.3提高BiVO4光催化活性的方法（一）形貌控制.BiVO4的有效空穴擴(kuò)散長度約為57-75nm，比其他許多氧化物的有效空穴擴(kuò)散長度都要長[58]。因此，BiVO4較容易通過改善納米結(jié)構(gòu)提高光催化性能。Choi等人以電沉積BiOI為前驅(qū)體，合成了一種高比表面積的多孔BiVO4膜（平均粒徑76nm）[59]。最近的研究中，Choi等人修改了BiOI的沉積條件，使BiOI變得更厚更密集，這導(dǎo)致生成了結(jié)晶度更高的BiVO4顆粒[60]。粒子的平均直徑（約110nm）仍然足夠小，致密的BiVO4膜增加了單位面積的光吸收，使得BiVO4的光電流密度得到大幅度提升。（二）摻雜元素?fù)诫s可以增加BiVO4的載流子密度和電導(dǎo)率[61]。BiVO4最成功的摻雜是將Mo6+或W6+摻雜到V5+位點[62]。除了摻雜BiVO4的V5+位點外，Wendler等人還研究了一系列鑭(Ln)金屬離子作為摻雜物進(jìn)入Bi3+位點[63]，他們觀察到BiVO4晶格的大
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]新型超穩(wěn)定四氫喹啉連接的共價有機(jī)骨架材料的制備及其不對稱光催化性能（英文）[J]. 李純志,馬銀華,劉浩然,陶琳,任亦起,陳雪蓮,李賀,楊啟華. Chinese Journal of Catalysis. 2020(08)
[2]Magnetically recoverable Fe3O4@polydopamine nanocomposite as an excellent co-catalyst for Fe3+ reduction in advanced oxidation processes[J]. Ling Fan,Jinliang Xie,Zhilin Zhang,Yaping Zheng,Dongdong Yao,Ting Li. Journal of Environmental Sciences. 2020(06)
[3]Chlorophyll sensitized BiVO4 as photoanode for solar water splitting and CO2 conversion[J]. Yiqing Feng,Hanyun Cheng,Jin Han,Xiuzhen Zheng,Yangyang Liu,Yang Yang,Liwu Zhang. Chinese Chemical Letters. 2017(12)
本文編號：3485320
【文章來源】：青島大學(xué)山東省
【文章頁數(shù)】：78 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
a:II型異質(zhì)結(jié)的能帶排列示意圖，b:傳統(tǒng)Z-型異質(zhì)結(jié)示意圖，Red和Ox分別代表供給[10]
孜倏�、单挟呧白钨矿与四份^囡??峁筟52]。在這三種結(jié)構(gòu)中，每個V離子由四面體中的四個O原子配位，每個Bi離子由八個O原子配位。白鎢礦結(jié)構(gòu)和鋯石結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于，前者的每一個Bi離子都被束縛在八個VO4四面體單元上，而后者只有六個VO4束縛在一個Bi離子上。白鎢礦結(jié)構(gòu)中，四方相和單斜相存在差異，因為后者的V和Bi離子發(fā)生了明顯的畸變。單斜相BiVO4中，Bi3+的6s2孤電子對對Bi-O多面體的畸變改善了電荷分離效率以及光催化活性。單斜相BiVO4具有高達(dá)520nm的可見光響應(yīng)，是很有前途的半導(dǎo)體材料[53,54]。圖1.2單斜相BiVO4晶體結(jié)構(gòu)示意圖[54]Fig.1.2SchematiccrystalstructureofmonoclinicphaseBiVO4[54]1.2.2BiVO4的光催化機(jī)理與四方鋯石型BiVO4(T-BiVO4)相比，單斜白鎢礦BiVO4（M-BiVO4）的Bi3+的6s態(tài)形成了額外的價帶，導(dǎo)致單斜白鎢礦BiVO4的帶隙能（2.4eV）小于四方鋯石型BiVO4的帶隙能（2.9eV），光吸收能力增強(qiáng)[55]。然而BiVO4的電荷轉(zhuǎn)移能力較差、電子-空穴對復(fù)合速率快，因此其應(yīng)用受到限制[56]。如圖1.3，將M-BiVO4與T-BiVO4耦合構(gòu)成Ⅰ型異質(zhì)結(jié)以提升光催化降解污染物的效率。BiVO4吸收大于或等于其帶隙能的光子后，價帶（VB）中的電子被激發(fā)并躍遷到導(dǎo)帶（CB），在VB留下空穴。T-BiVO4的CB上的電子可以很容易地轉(zhuǎn)移到M-BiVO4的CB上，同時T-BiVO4的VB上的空穴也將遷移到M-BiVO4的VB，這成功地延緩了電子-空穴對的重新組合，提升了光催化性能。M-BiVO4的CB上的電子還原氧氣產(chǎn)生O2ˉ，其VB
青島大學(xué)碩士學(xué)位論文8上的空穴有降解污染物的作用，而且可以與水反應(yīng)產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的OH，O2ˉ與OH將進(jìn)一步參與到降解污染物的進(jìn)程當(dāng)中[57]。BiVO4+hv→e-CB+h+VB1(1)BiVO4(e-CB)+O2→·O2-1(2)BiVO4(h+VB)+H2O→·OH+H+1(3)圖1.3單斜BiVO4/四方鋯石型BiVO4異質(zhì)結(jié)在可見光下的降解機(jī)理[57]Fig.1.3DegradationmechanismofM-TBiVO4heterojunctionundervisible-lightillumination[57]1.2.3提高BiVO4光催化活性的方法（一）形貌控制.BiVO4的有效空穴擴(kuò)散長度約為57-75nm，比其他許多氧化物的有效空穴擴(kuò)散長度都要長[58]。因此，BiVO4較容易通過改善納米結(jié)構(gòu)提高光催化性能。Choi等人以電沉積BiOI為前驅(qū)體，合成了一種高比表面積的多孔BiVO4膜（平均粒徑76nm）[59]。最近的研究中，Choi等人修改了BiOI的沉積條件，使BiOI變得更厚更密集，這導(dǎo)致生成了結(jié)晶度更高的BiVO4顆粒[60]。粒子的平均直徑（約110nm）仍然足夠小，致密的BiVO4膜增加了單位面積的光吸收，使得BiVO4的光電流密度得到大幅度提升。（二）摻雜元素?fù)诫s可以增加BiVO4的載流子密度和電導(dǎo)率[61]。BiVO4最成功的摻雜是將Mo6+或W6+摻雜到V5+位點[62]。除了摻雜BiVO4的V5+位點外，Wendler等人還研究了一系列鑭(Ln)金屬離子作為摻雜物進(jìn)入Bi3+位點[63]，他們觀察到BiVO4晶格的大
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]新型超穩(wěn)定四氫喹啉連接的共價有機(jī)骨架材料的制備及其不對稱光催化性能（英文）[J]. 李純志,馬銀華,劉浩然,陶琳,任亦起,陳雪蓮,李賀,楊啟華. Chinese Journal of Catalysis. 2020(08)
[2]Magnetically recoverable Fe3O4@polydopamine nanocomposite as an excellent co-catalyst for Fe3+ reduction in advanced oxidation processes[J]. Ling Fan,Jinliang Xie,Zhilin Zhang,Yaping Zheng,Dongdong Yao,Ting Li. Journal of Environmental Sciences. 2020(06)
[3]Chlorophyll sensitized BiVO4 as photoanode for solar water splitting and CO2 conversion[J]. Yiqing Feng,Hanyun Cheng,Jin Han,Xiuzhen Zheng,Yangyang Liu,Yang Yang,Liwu Zhang. Chinese Chemical Letters. 2017(12)
本文編號：3485320
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