發(fā)布時間：2018-02-09 03:09

  本文關(guān)鍵詞： 釩酸鉍 微結(jié)構(gòu)調(diào)控 高活性晶面 半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu) 光催化性能　出處：《中國地質(zhì)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：近年來,能源短缺和環(huán)境污染問題日益嚴重,半導(dǎo)體光催化技術(shù)作為一種先進的氧化技術(shù),不僅可以充分的利用太陽光能分解水產(chǎn)氫制氧,將太陽能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能,還可以降解廢水中的有機污染物,從而有效地緩解能源短缺和治理環(huán)境污染問題,使得半導(dǎo)體光催化材料成為當前研究的熱門領(lǐng)域之一。然而,傳統(tǒng)的光催化劑由于其禁帶寬度較寬,導(dǎo)致其僅對紫外光響應(yīng),其僅占太陽光總能量的4%左右,極大程度上的限制了其廣泛應(yīng)用,因此,設(shè)計組裝新型的可見光響應(yīng)的半導(dǎo)體光催化材料顯得極其重要。單斜相釩酸鉍作為一種典型的半導(dǎo)體光催化材料,由于其具有合適的能帶結(jié)構(gòu)、組成元素來源廣泛、化學(xué)和熱穩(wěn)定性好、無毒、環(huán)境友好,特別是其窄的禁帶寬度等優(yōu)點,近年來引起廣泛關(guān)注。然而傳統(tǒng)法合成的單斜結(jié)構(gòu)釩酸鉍樣品存在光生電子遷移率低、吸附性能差,以及光生電荷載流子難分離、易復(fù)合等缺點,導(dǎo)致其光電轉(zhuǎn)換效率很低,所以常需對其進行改性,以提高其光催化活性。因此,針對于傳統(tǒng)單斜釩酸鉍樣品所存在的缺點,本文采用溶液燃燒法合成了微球結(jié)構(gòu)BiVO_4樣品,采用溶劑熱法合成了一系列形貌規(guī)整的BiVO_4樣品、和沿高活性{040}晶面取向的BiVO_4樣品、以及BiVO_4/Bi_2WO_6復(fù)合樣品。合成設(shè)備簡單,可以通過改變反應(yīng)條件,方便的調(diào)節(jié)產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)以及化學(xué)組成,從而實現(xiàn)樣品的可控合成。采用溶膠-凝膠法相結(jié)合的模板法,合成了具有高比表面積和多孔結(jié)構(gòu)的V~(4+)和Ce~(3+)自摻雜BiVO_4/CeO_2納米復(fù)合物樣品,為制備其他高比表面積和多孔結(jié)構(gòu)的納米多元復(fù)合金屬氧化物材料提供了一種有效的手段�；诖�,本文主要開展了以下幾個方面的工作:1、采用溶液燃燒法合成了單斜相微球結(jié)構(gòu)BiVO_4樣品,詳細研究了檸檬酸和尿素的添加量對樣品結(jié)構(gòu)和形貌的影響,并與傳統(tǒng)的高溫固相法合成的塊狀樣品進行對比,以羅丹明B作為目標降解污染物,考察了不同制備方法對樣品結(jié)構(gòu)、形貌和光催化性能的影響。實驗結(jié)果表明,檸檬酸和尿素的添加量對溶液燃燒法合成的BiVO_4樣品的形貌具有顯著影響。而相比于高溫固相法合成的塊狀BiVO_4樣品,溶液燃燒法合成的BiVO_4微球樣品表現(xiàn)出明顯增強的光催化活性。2、以無水檸檬酸為絡(luò)合劑,Na_2CO_3或氨水為pH調(diào)節(jié)劑,采用溶劑熱法合成了新穎的“紅細胞”狀、樹突狀和花狀微球結(jié)構(gòu)的單斜相BiVO_4樣品,并以亞甲基藍作為目標降解污染物,系統(tǒng)研究了檸檬酸和pH調(diào)節(jié)劑種類對樣品結(jié)構(gòu)、形貌和光催化性能的影響。實驗結(jié)果表明,檸檬酸和pH調(diào)節(jié)劑種類對樣品的形貌具有顯著影響,而且,“紅細胞”狀BiVO_4樣品由于其獨特的形貌結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出最好的光催化活性,其次是花狀微球結(jié)構(gòu)的BiVO_4樣品,樹突狀BiVO_4樣品表現(xiàn)出最差的光催化活性。3、在不添加任何表面活性劑或模板劑,以及酸抑制劑的條件下,采用溶劑熱法合成了一系列形貌規(guī)整、且沿高活性{040}晶面取向的分級結(jié)構(gòu)單斜相BiVO_4樣品,并以亞甲基藍作為目標降解污染物,詳細考察了EG/水體積比、原料添加量以及溶液初始pH值對樣品晶體結(jié)構(gòu)、形貌和光催化性能的影響。實驗結(jié)果表明,EG/水體積比、原料添加量和溶液初始pH值對樣品的形貌和晶體結(jié)構(gòu)具有顯著影響,I040/I 121衍射峰的相對強度隨著混合溶劑中EG量的較少而逐漸增強,而隨著原料添加量和溶液初始pH值的增大呈現(xiàn)先增強后減弱的趨勢。光催化實驗結(jié)果表明,所合成BiVO_4樣品的光催化活性與I040/I 121衍射峰的相對強度密切相關(guān),整體上來說,樣品的光催化活性隨著I040/I 121衍射峰相對強度的增強而逐漸增強。4、采用溶劑熱法合成了形貌規(guī)整且自組裝分級結(jié)構(gòu)的BiVO_4/Bi_2WO_6復(fù)合物樣品,并以亞甲基藍作為目標降解污染物,系統(tǒng)研究了V/W摩爾比對復(fù)合物樣品形貌、結(jié)構(gòu)和光催化性能的影響,并對催化劑的重復(fù)使用穩(wěn)定性進行了考察。借助PL光譜、瞬時光電流響應(yīng)、EIS譜和Mott-Schottky曲線測試技術(shù)對光催化活性增強的原因進行了探討,并結(jié)合計算的半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu),提出了可能的光催化機理。實驗結(jié)果表明,所合成的復(fù)合物樣品表現(xiàn)出均勻的、由薄的二維納米片組裝而成的三維微球結(jié)構(gòu)特征,不同V/W摩爾比對復(fù)合物樣品的形貌、結(jié)構(gòu)、光催化活性以及光電化學(xué)性能具有顯著影響。當V/W摩爾比為2:1時,復(fù)合物樣品表現(xiàn)出最好的光催化活性以及光電化學(xué)性能,而且,經(jīng)過4次循環(huán)測試之后,催化劑對MB染料的光催化降解效率并沒有明顯的降低,意味著該BiVO_4/Bi_2WO_6復(fù)合光催化劑具有很好的穩(wěn)定性。5、以MCM-41為硬模板劑,采用溶膠-凝膠法相結(jié)合的模板法,合成了具有高比表面積和多孔結(jié)構(gòu)的V~(4+)、Ce~(3+)自摻雜BiVO_4/CeO_2納米復(fù)合物樣品,并以羅丹明B和甲基橙作為目標降解污染物,系統(tǒng)研究了BiVO_4/CeO_2摩爾比對納米復(fù)合物樣品結(jié)構(gòu)、形貌和光催化性能的影響。借助PL光譜、瞬時光電流響應(yīng)和EIS譜測試技術(shù)對光催化活性增強的原因進行了探討,并結(jié)合活性自由基捕獲實驗和計算的半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu),對可能的光催化機理進行了分析和探討。實驗結(jié)果表明,BiVO_4/CeO_2摩爾比對復(fù)合物樣品的結(jié)構(gòu)、形貌、光催化活性以及光電化學(xué)性能具有顯著影響。在復(fù)合物樣品中,兩種物相之間可以互相影響其晶體結(jié)構(gòu),并伴隨氧空位缺陷的形成。而且,一旦向復(fù)合物中引入CeO_2,復(fù)合物樣品的比表面積顯著增大,而顆粒尺寸明顯減小。XPS結(jié)果表明,納米復(fù)合物樣品中存在自摻雜的V~(4+)和Ce~(3+)離子,ESR光譜則進一步證實了復(fù)合物樣品中V~(4+)離子的存在。光催化實驗結(jié)果表明,當BiVO_4/CeO_2摩爾比為0.4:0.6時,所合成的納米復(fù)合物樣品表現(xiàn)出最好的光催化活性和光電化學(xué)性能,在光照210 min后,對RhB和MO染料的降解率分別達到92.68%和71.95%�；钚宰杂苫东@實驗證明,光生空穴在該光催化體系中起著最主要的作用,是最重要的活性物種。
[Abstract]:A sample of BiVO _ 4 with high specific surface area and porous structure is synthesized by solution combustion method . The effects of different preparation methods on the structure , morphology and photocatalytic properties of the samples were investigated . The results showed that the amount of citric acid and urea had significant influence on the morphology of BiVO _ 4 samples synthesized by solution combustion . 鈥滅孩緇嗚優(yōu)鈥濈姸BiVO_4鏍峰搧鐢變簬鍏剁嫭鐗圭殑褰㈣矊緇撴瀯鑰岃〃鐜板嚭鏈，

本文編號：1496926