本文關鍵詞：磷酸鉍納米光催化劑的可控制備與改性

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【摘要】：基于大的偶極矩,單斜相磷酸鉍(Bi PO_4,空間群:P21/n)作為光催化劑在紫外光下具有優(yōu)于P25(商業(yè)二氧化鈦)的光催化降解染料活性;并且它具有廉價,穩(wěn)定,耐光腐蝕的特點。此外,Bi PO_4中的磷酸根(PO_4~(3-))具有誘導效應,可以產(chǎn)生內建電場以促進光生載流子的傳遞與分離。因此,Bi PO_4在近幾年受到研究者的廣泛關注。然而,一方面,由于Bi PO_4的禁帶寬度過大(約3.8~4.2 e V),不能被可見光激發(fā),使其光響應受到限制;另一方面,光生電子與空穴的分離效率需要進一步得到提高。目前,提高Bi PO_4的光量子效率及光能利用率是對其實施改性的兩大目標。在此研究背景下,本實驗通過PO_4~(3-)表面修飾和與半金屬進行復合兩種方法,分別制備出了紫外光活性提高的Bi PO_4與具有可見光活性的Bi/Bi PO_4復合物。研究中,通過液相降解染料甲基橙(MO)、氣相降解一氧化氮(NO)對所制備樣品的光催化活性進行評價;與此同時,使用X-射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、傅里葉紅外光譜儀(FTIR)、紫外可見漫反射光譜儀(UV-vis DRS)、X-射線光電子能譜儀(XPS)、光致發(fā)光光譜(PL)、熱重分析(TGA)等對樣品的物理化學性質進行了表征,使用電化學工作站對樣品的光電性能進行了測試,并進一步利用電子順磁共振波譜儀對催化過程中的活性氧化自由基進行了鑒定,由此推測出光催化機理。具體實驗結果如下:1.采用水熱法,制備出紫外光活性大幅提高的PO_4~(3-)表面修飾Bi PO_4。通過PO_4~(3-)表面修飾,樣品結晶度更加良好,形貌更均一。PO_4~(3-)修飾作為一種改性方法,其對水的強烈吸附使得樣品表面H2O增多,有利于捕獲光生空穴形成羥基自由基(?OH),進一步促進空穴與電子的分離,有效提高Bi PO_4降解MO的光催化性能。2.采用溶劑熱法,控制不同的溶劑熱反應時間,制備出一系列Bi含量不同的Bi/Bi PO_4復合物。局域表面等離子體(SPR)效應使得從Bi轉移到Bi PO_4的熱電子增多,促進了主要活性物種超氧自由基(?O2-)與單線態(tài)氧(1O2)的大量生成,最終將NO氧化去除。Bi的加入可以提高Bi PO_4對NO的可見光去除效率,這歸功于Bi的SPR效應,較低的電化學阻抗以及較高的光生電子空穴分離效率。
【關鍵詞】：BiPO4 光催化 PO43-
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36;TB383.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 引言12-13
• 1.2 半導體光催化技術的原理13-14
• 1.3 半導體光催化技術的研究領域14-18
• 1.3.1 綠色能源開發(fā)14-15
• 1.3.2 水污染治理15-17
• 1.3.3 大氣污染治理17-18
• 1.4 磷酸鉍光催化劑研究現(xiàn)狀18-22
• 1.4.1 BiPO_4光催化劑簡介18-19
• 1.4.2 BiPO_4的制備方法19
• 1.4.3 表征方法的選擇與探索19-20
• 1.4.4 BiPO_4的改性20-22
• 1.4.5 BiPO_4光催化劑評價體系22
• 1.5 本課題的選題思想和主要內容22-24
• 第二章 實驗部分24-32
• 2.1 試劑與儀器24-25
• 2.2 催化劑的制備方法25
• 2.3 催化劑的表征方法25-29
• 2.3.1 X-射線衍射（XRD）25-26
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡（SEM）26
• 2.3.3 透射電子顯微鏡（TEM）26
• 2.3.4 X射線光電子能譜（XPS）26-27
• 2.3.5 紅外光譜（FTIR）27
• 2.3.6 紫外-可見漫反射吸收光譜（UV-Vis DRS）27
• 2.3.7 光致發(fā)光光譜（PL）27-28
• 2.3.8 熱重分析（TG）28
• 2.3.9 氮氣等溫吸附脫附曲線28
• 2.3.10 電子順磁共振波譜（ESR）28-29
• 2.4 光催化活性評價29-30
• 2.4.1 液相降解模擬實驗29
• 2.4.2 氣相降解模擬實驗29-30
• 2.5 光電化學性質測試30-32
• 2.5.1 光電極的制備30-31
• 2.5.2 光電性能測試31-32
• 第三章 磷酸根修飾的磷酸鉍32-46
• 3.1 引言32-33
• 3.2 實驗部分33
• 3.3 結果與討論33-45
• 3.3.1 XRD圖譜分析33-34
• 3.3.2 SEM圖片分析34-35
• 3.3.3 TEM圖片分析35-36
• 3.3.4 FTIR圖譜分析36-37
• 3.3.5 XPS結果分析37-39
• 3.3.6 UV-vis DRS圖譜分析39
• 3.3.7 BET結果分析39-40
• 3.3.8 PL圖譜分析40-41
• 3.3.9 光電性能測試41
• 3.3.10 光催化活性測試41-42
• 3.3.11 捕獲實驗42-43
• 3.3.12 ESR圖譜分析43-44
• 3.3.13 光催化機理44-45
• 3.4 小結45-46
• 第四章 鉍的等離子體效應促進磷酸鉍的可見光催化活性46-62
• 4.1 引言46-47
• 4.2 實驗部分47-48
• 4.3 結果與討論48-60
• 4.3.1 XRD圖譜分析48
• 4.3.2 SEM圖片分析48-50
• 4.3.3 FTIR圖譜分析50-51
• 4.3.4 DRS圖譜分析51
• 4.3.5 XPS圖譜分析51-53
• 4.3.6 TG分析53
• 4.3.7 BET結果分析53-54
• 4.3.8 光電化學性質54-56
• 4.3.9 ESR圖譜分析56-57
• 4.3.10 光催化活性測試57-59
• 4.3.11 光催化機理59-60
• 4.4 小結60-62
• 第五章 結論與展望62-66
• 5.1 結論62-63
• 5.2 展望63-66
• 參考文獻66-76
• 致謝76-78
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文78

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