半導(dǎo)體光催化技術(shù)的飛速發(fā)展有望解決能源問題和環(huán)境問題。傳統(tǒng)的TiO₂材料因其帶隙較寬,在光催化領(lǐng)域受到了很大的限制。BiVO₄因其適宜的帶隙、易制備、成本低廉以及無污染等優(yōu)點(diǎn)受到了人們的廣泛關(guān)注。但是,BiVO₄存在光生載流子易復(fù)合而導(dǎo)致光催化效率過低的缺點(diǎn)。因此,如何抑制光生載流子的復(fù)合已經(jīng)成為當(dāng)前光催化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。本文首先采用水熱法制備了活性晶面暴露比不同的單斜相BiVO₄,再利用水熱法沉積CdS和光沉積法沉積Au-CdS,構(gòu)建異質(zhì)結(jié)光催化劑,來研究晶面調(diào)控、貴金屬沉積以及異質(zhì)結(jié)的構(gòu)筑對(duì)其光催化活性的影響。主要研究內(nèi)容如下:（1）晶面調(diào)控單斜相釩酸鉍樣品可控合成高暴露活性晶面用于提高樣品的光催化效率半導(dǎo)體光催化劑的活性受材料表面原子結(jié)構(gòu)的影響較大,因?yàn)榉磻?yīng)物的吸附、產(chǎn)物的脫附、光生電子和反應(yīng)物之間的轉(zhuǎn)移,這些在本質(zhì)上均受到表面原子排列的影響,并且晶面取向的不同會(huì)改變表面原子的排列順序,由此可見,光催化劑的活性對(duì)活性晶面暴露比的變化非常敏感。為此,本實(shí)驗(yàn)通過調(diào)節(jié)前驅(qū)體溶液的pH以及水熱反應(yīng)... 

【文章來源】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

為半導(dǎo)體光催化反應(yīng)的基本原理示意圖(Maeda,2013)

2半導(dǎo)體光催化反應(yīng)原理主要概括為三步：第一，在光照條件下，當(dāng)入射光子能量大于半導(dǎo)體的禁帶寬度時(shí)，半導(dǎo)體光催化劑處于激發(fā)狀態(tài)，其價(jià)帶上的電子會(huì)躍遷到導(dǎo)帶上，而在原來的位置上留下一個(gè)空穴，即產(chǎn)生光生載流子（光生電子-空穴對(duì)）；第二，光生載流子在內(nèi)部電場(chǎng)的作用下發(fā)生分離并遷移至半導(dǎo)體的表面；第三，遷移至表活性位點(diǎn)的光生載流子會(huì)在光催化劑的表面與所吸附物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。圖1-1為光催化劑的激發(fā)過程，以及光生載流子的遷移途徑。在載流子的遷移過程中，有很大一部分光生電子和空穴會(huì)在半導(dǎo)體內(nèi)部發(fā)生復(fù)合（過程C），遷移至半導(dǎo)體表面的載流子又會(huì)有一部分發(fā)生表面復(fù)合（過程B），最后遷移至光催化劑表面且未發(fā)生復(fù)合的光生載流子才能與吸附在半導(dǎo)體表面的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)（過程D和E），該過程為光催化反應(yīng)的決速步驟。為了有效提高半導(dǎo)體光催化劑的催化效率，就需要捕獲光生載流子，抑制其復(fù)合，所以尋找促進(jìn)光生電子-空穴對(duì)分離并能抑制其復(fù)合的辦法可以提高半導(dǎo)體光催化劑的催化活性。1.2.2半導(dǎo)體光催化劑技術(shù)的應(yīng)用半導(dǎo)體光催化技術(shù)在諸多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景，例如光催化分解水、降解有機(jī)污染物、CO2還原等。（1）光催化分解水圖1-2光催化分解水示意圖(YuanL,2016)水是一種十分穩(wěn)定的化合物，基于熱力學(xué)過程，水的分解是一個(gè)吉布斯自由

4圖1-3為NaTaO3-xNx在可見光下降解染料的機(jī)理圖(LiuDR,2011)1.2.3光催化技術(shù)的影響因素半導(dǎo)體光催化分解水以及降解有機(jī)污染物等的研究都與其制備過程、物相結(jié)構(gòu)及其性能優(yōu)化有關(guān)，而半導(dǎo)體光催化劑的催化活性受到很多因素的影響，例如活性晶面暴露比、形貌、能帶結(jié)構(gòu)、比表面積、物相結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸等，而且一般情況下不是由某個(gè)單一因素所決定的，而是多種因素共同作用的結(jié)果。(1)活性晶面暴露比半導(dǎo)體光催化過程主要包括光激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)、載流子的擴(kuò)散及其在粒子表面的遷移。表面原子的結(jié)構(gòu)會(huì)大大影響半導(dǎo)體光催化劑的活性，因?yàn)榉磻?yīng)物的吸附、產(chǎn)物的脫附、光生電子和反應(yīng)物之間的轉(zhuǎn)移，這些在本質(zhì)上均受到表面原子排列的影響，并且晶面取向的不同會(huì)改變表面原子的排列順序，由此可見，光催化劑的活性對(duì)活性晶面暴露比的變化非常敏感(HanX,2009)。以TiO2為例(YangHG,2008;LiuG,2011)，研究證實(shí)銳鈦礦型TiO2的{010}晶面比熱力學(xué)更穩(wěn)定的{110}晶面活性更高。綜上，可以通過改變活性晶面暴露比來達(dá)到促進(jìn)光催化反應(yīng)活性能的目的。(2)形貌形貌調(diào)控在半導(dǎo)體催化劑催化活性的提高方面具有很大作用，不僅可以促進(jìn)電子傳質(zhì)以及光的吸收，另一方面還能促進(jìn)光生載流子的分離，從而抑制光生電子-空穴對(duì)的分離，為獲得高效的半導(dǎo)體光催化劑提供可能。以銳鈦礦晶型的

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Microemulsion synthesis and photocatalytic activity of visible light-active BiVO4 nanoparticles[J]. LIU Wei,WANG XiangFei,CAO LiXin,SU Ge,ZHANG Lan & WANG Yong Gang Institute of Materials Science and Engineering,Ocean University of China,Qingdao 266100,China.  Science China（Chemistry）. 2011(05)
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碩士論文
[1]BiVO4異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備及可見光光催化性能研究[D]. 趙超.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011



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