【摘要】：昔日過去的幾十年里,出現(xiàn)了一種新的環(huán)境控制技術(shù),引起了環(huán)境凈化領(lǐng)域的普遍關(guān)注。為了能夠更好的利用太陽能,許多研究工作更傾向于在可見光范圍內(nèi),能夠使半導(dǎo)體光催化劑高效的發(fā)生響應(yīng),因為可見光是組成太陽光的重要部分,并且所占比列高達43%。關(guān)于光催化劑的應(yīng)用,至今仍存在許多亟待處理的問題,例如少量電荷的傳遞,以及弱的表面吸附能力等等。釩酸鉍(BiVO4)被認為是而今一種前景廣闊的半導(dǎo)體光催化劑,但是自身仍有諸多的問題,這些問題在一定范圍內(nèi)限制了它的光催化水平。為了解決這些問題,人們研究了很多的方法試圖提高它的光催化能力。四方的釩酸鉍(t-BiVO4),因為其帶隙2.9eV,導(dǎo)致它只能接受在紫外光范圍內(nèi)光譜,在可見光范圍內(nèi)幾乎沒有任何反應(yīng),而紫外光占整個太陽光光譜的部分還不足10%。因此,想辦法提高四方相釩酸鉍(t-BiVO4)的光催化性能,使其能夠吸收可見光范圍內(nèi)的光譜,成為目前研究的重點。我們經(jīng)過研究,發(fā)現(xiàn)對四方相釩酸鉍摻雜Fe3+后,經(jīng)過測試后,發(fā)現(xiàn)制備的鐵元素摻雜的釩酸鉍系列粉體,依然能夠保持t-BiVO4的結(jié)構(gòu),還能夠很明顯地加強它的光催化活性。本論文采用化學(xué)沉淀法,通過摻雜鐵元素的不同比例,合成四方相Bi(1-x)FexVO4系列粉體,而且進一步探究其光催化能力。1.四方相Bi(1-x)FexVO4系列粉體采用化學(xué)沉淀法合成,研究了不同pH值下樣品的純度和羅丹明B在可見光范圍內(nèi)的降解情況。經(jīng)過實驗測定,我們發(fā)現(xiàn),在強酸條件下,制備出的Bi(1-x)FexVO4系列粉體,依然保持著釩酸鉍的四方相結(jié)構(gòu),并且當(dāng)鐵元素的摻雜量超過60%時,粉體的光催化性能明顯逐漸增強,特別是Bi0.3Fe0.7VO4這個比例粉體,光降解能力已經(jīng)明顯比單斜相的釩酸鉍粉體高。2.通過第一性原理的計算,從禁帶寬度、光吸收方面,從理論上探究摻雜鐵元素之后,四方相釩酸鉍能帶的變化,經(jīng)過計算,純的四方相釩酸鉍的禁帶寬度為2.875eV,接近于實驗上的2.9 eV,而經(jīng)過理論計算后,摻雜了鐵元素之后的四方相釩酸鉍,帶隙顯著減小,摻雜12.5%的鐵元素的四方相釩酸鉍,其禁帶寬度變?yōu)?.6eV,能帶間隙減小,意味著光吸收的增強,從理論上證明出摻雜了鐵元素的四方相釩酸鉍,光吸收增大,以致光催化性能變好,這與實驗所得的結(jié)論是一致的。3.采用化學(xué)沉淀法,制備鐵元素摻雜單斜相釩酸鉍的系列粉體,經(jīng)過實驗和測試,我們發(fā)現(xiàn),單斜相釩酸鉍摻雜了鐵元素之后,光催化性能反倒逐漸削弱,沒有像四方相釩酸那樣,呈增強的趨勢,并且四方相Bi0.3Fe0.7VO4這個比例粉體,依然是降解效率最好的。4.將化學(xué)沉淀法、水熱合成法以及馬弗爐煅燒后轉(zhuǎn)變?yōu)閙-BiVO4,取等質(zhì)量的粉體,在可見光照射下,降解濃度相同的羅丹明B水溶液,從實驗可以看到,不同的合成方法的單斜相釩酸鉍(m-BiVO4),具有最好的光催化作用的是化學(xué)沉淀法,其次是水熱合成法,降解效果最差的就是高溫變相后的釩酸鉍。但是降解效果最好的單斜相釩酸鉍(m-BiVO4),光催化程度依然不及四方相Bi0.3Fe0.7VO4這個比例粉體。
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【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O643.36

【參考文獻】

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本文編號：2456681