氧化鉍（Bi2O3）是一種重要的半導(dǎo)體材料,因其具有較低的價帶位置和可見光響應(yīng)而被認(rèn)為是新一代極具應(yīng)用前景的半導(dǎo)體催化材料。但Bi2O3光生電子與空穴的高復(fù)合率限制了其在光催化領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。因此對Bi2O3進(jìn)行改性成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)。摻雜是一種被廣泛采用的改變材料物理性質(zhì)、載流子傳輸?shù)姆椒��？紤]到稀土元素豐富的能級結(jié)構(gòu)及獨(dú)特性能,本論文選擇稀土鑭和鈰對Bi2O3進(jìn)行改性研究。通過利用稀土元素獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)來改善光催化劑表面的活性物種,增強(qiáng)其光催化性能。本文的主要研究內(nèi)容如下:1.以檸檬酸為絡(luò)合劑,采用溶膠凝膠法制備了純相Bi2O3以及不同La摻雜比例的光催化劑。XRD結(jié)果顯示少量的La3+摻入沒有改變Bi2O3晶型。采用紫外可見漫反射吸收光譜確定了材料的禁帶寬度。通過對X射線光電子能譜（XPS）分析得出La3+的摻雜可以在Bi2O3表面產(chǎn)生一定的氧空位（OVs）,并通過電子自旋共振技術(shù)（ESR）技術(shù)得以確認(rèn)。通過氧的程序升溫脫附實(shí)驗(yàn)證明催化劑表面吸附了一定的氧。以甲基橙和苯酚作為目的污染物研究了La–Bi2O3的光催化活性。結(jié)果表明,La的摻雜提高了催化劑的光催化能力,其中,2%La–... 

【文章來源】：沈陽工業(yè)大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：55 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

光催化的機(jī)理Fig.1.1Mechanismofphotocatalysis（1）在可見光照射下，光催化劑只要滿足Eg小于或等于入射光的能量，價帶上的

Ｎ孿攣??黃色粉體材料，加熱時呈橙色，繼續(xù)加熱呈紅棕色，冷卻后又變回淡黃色[14]。氧化鉍的禁帶寬度為2.0–3.9eV[15]，能夠利用可見太陽光，受激發(fā)后可產(chǎn)生活性物種對污染物進(jìn)行催化降解。據(jù)ChemicalReview報(bào)道[16]，Bi2O3共有六種晶型，即：單斜相α–Bi2O3、介穩(wěn)態(tài)四方相β–Bi2O3、體心立方相γ–Bi2O3、面心立方相δ–Bi2O3、正交晶相ε–Bi2O3以及三角晶相ω–Bi2O3。通常情況下主要以α、β、γ、δ這四種晶相存在，而ε和ω這兩種晶相通常無法單獨(dú)穩(wěn)定存在，目前有關(guān)它們的報(bào)道還很少。常見幾種晶相相互轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖1.2所示。圖1.2氧化鉍各晶相的相互轉(zhuǎn)化Fig.1.2Ttransformationofbismuthoxidecrystalphases如上圖所示，在不同溫度下，Bi2O3的各晶相間可發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。常溫下，最穩(wěn)定的是α–Bi2O3，其能隙為2.85eV[17]，為層狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)熱處理溫度達(dá)到730℃時轉(zhuǎn)化為δ–Bi2O3，并一直保持到825℃才熔化。δ–Bi2O3中不規(guī)則的分布著氧空位，由于其中高流動性的氧離子，所以會表現(xiàn)出具有高離子導(dǎo)電性的相態(tài)。δ–Bi2O3降溫過程中的相變發(fā)生滯后現(xiàn)象，轉(zhuǎn)化成兩種亞穩(wěn)相，即β–Bi2O3和γ–Bi2O3[18]，在650℃時主要以能隙為2.58eV的β–Bi2O3的形式存在[19]，大多數(shù)研究人員認(rèn)為它的氧空位排列和δ–Bi2O3相同；當(dāng)溫度降到640℃時則主要以γ–Bi2O3形式存在。由于Bi2O3的多晶型結(jié)構(gòu)特征，導(dǎo)致其具有優(yōu)越的電、光和磁性等性質(zhì)，致使Bi2O3成為當(dāng)下炙手可熱的研究對象。1.3.2氧化鉍的制備方法納米Bi2O3的制備方法有很多，總體上可分為氣相法、液相法和固相法。其中液相法更容易控制Bi2O3的形貌、成核和尺寸，是目前實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)上用的較多的制備方法，液相法主要包括溶膠凝膠法、微乳法、化學(xué)沉淀法、水熱法等。

第3章La摻雜對Bi2O3光催化性能的影響13圖3.1Bi2O3(a)、1%La–Bi2O3(b)、2%La–Bi2O3(c)和3%La–Bi2O3(d)的SEM圖像Fig.3.1SEMimagesofBi2O3(a),1%La–Bi2O3(b),2%La–Bi2O3(c)and3%La–Bi2O3(d)為了進(jìn)一步確定樣品的物相組成和形貌結(jié)構(gòu)，對2%La–Bi2O3樣品進(jìn)行了TEM測試和HRTEM測試。如圖3.2所示，2%La–Bi2O3樣品（圖3.2a-c）是不規(guī)則顆粒，與SEM圖像分析結(jié)果一致。圖3.2d是2%La–Bi2O3的HRTEM圖像，從該圖中可以觀察到明顯的晶格條紋，通過對晶格條紋間距進(jìn)行測量發(fā)現(xiàn)，2%La–Bi2O3樣品具有晶面間距為2.68nm和3.24nm的兩組不同晶格條紋，經(jīng)對比，它們分別與Bi2O3的（202）和（121）晶面相對應(yīng)。在此圖中，未觀察到與La的晶面相對應(yīng)的晶格條紋，這是由于La–Bi2O3樣品中大部分的La進(jìn)入到Bi2O3晶格形成了Bi–La氧化物固溶體造成的[31]。為了確定樣品的元素種類和含量，對2%La–Bi2O3樣品進(jìn)行EDS能譜分析（圖3.2e），結(jié)果顯示，晶體中含有Bi、O、La這三種元素。從EDS能譜中可以看出，Bi和O是主要元素，其原子數(shù)目分別占到了34.53%和64.50%，而La的質(zhì)量比約為1.57wt%。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3131398