【摘要】：半導(dǎo)體光催化技術(shù)是一條解決能源和環(huán)境等問(wèn)題的理想途徑。單斜相BiVO_4(m-BiVO_4)作為一種代表性的可見(jiàn)光響應(yīng)半導(dǎo)體光催化劑,具有能充分利用太陽(yáng)能,具有光催化活性和穩(wěn)定性高、無(wú)毒及成本低等特點(diǎn)已成為研究熱點(diǎn)。然而吸附能力差以及光生電子-空穴對(duì)易于再?gòu)?fù)合等問(wèn)題仍然是制約BiVO_4光催化性能提高的主要因素。為了解決這些問(wèn)題,本研究通過(guò)形貌調(diào)控、暴露晶面調(diào)控和非金屬摻雜等手段來(lái)改善BiVO_4樣品的光催化性能。采用X射線衍射、掃描電子顯微鏡、X射線能譜、透射電鏡、高分辨透射電鏡、選區(qū)電子衍射、X射線熒光光譜、紫外-可見(jiàn)漫反射光譜、紅外光譜以及氮?dú)馕?脫附等測(cè)試手段對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分析和表征,探討了典型產(chǎn)物的生長(zhǎng)機(jī)制,系統(tǒng)地研究了樣品的微觀結(jié)構(gòu)與光催化性能之間的構(gòu)效關(guān)系。在無(wú)表面活性劑、無(wú)模板條件下,采用丙三醇/水混合溶劑熱法制備了尺寸均一、形貌規(guī)整的棒狀m-BiVO_4。并分別研究了較高濃度丙三醇水溶液和較強(qiáng)酸性條件對(duì)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)p H值為2時(shí),在較高濃度丙三醇水溶液(≥25%)中可獲得棒狀和啞鈴狀純m-BiVO_4;當(dāng)固定丙三醇水溶液濃度為50%,體系p H值在2~4之間有利于m-BiVO_4的生成,形貌由棒狀經(jīng)橄欖狀過(guò)渡到球形。硝酸鉍原料液中丙三醇的存在為反應(yīng)體系提供了不同的鉍源物種[Bi3+?Gly]、[Bi O+?Gly]和Bi O+,隨著丙三醇水溶液濃度和前驅(qū)體溶液p H值的變化,鉍源物種和濃度也會(huì)變化,進(jìn)而引起產(chǎn)物的物相和形貌發(fā)生變化。產(chǎn)物形貌的變化與“棒-啞鈴-球”的演變過(guò)程相似。與啞鈴狀、球形或其它樣品相比,在體積分?jǐn)?shù)為50%丙三醇水溶液中,前驅(qū)體溶液p H值為2時(shí)得到的棒狀m-BiVO_4光催化活性較高,光催化性能增強(qiáng)的原因可歸因于比表面積大、光吸收強(qiáng)和棒狀形貌。在低濃度丙三醇水溶液和弱酸性的溫和條件下制備了{(lán)010}晶面擇優(yōu)取向并高度暴露的片狀m-BiVO_4。系統(tǒng)地研究了溶劑、p H值和反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)和光催化性能的影響,探討了高度暴露{010}晶面片狀m-BiVO_4的生長(zhǎng)機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在弱酸性條件下(p H值在4~6范圍內(nèi))丙三醇兼具溶劑和導(dǎo)向劑的雙重作用,可誘導(dǎo)m-BiVO_4沿{010}晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)并使其高度暴露,且產(chǎn)物形貌都為片狀。在丙三醇水溶液體積分?jǐn)?shù)為15%、前驅(qū)體溶液p H值為6和反應(yīng)時(shí)間為8 h時(shí)制得的m-BiVO_4樣品沿{010}晶面擇優(yōu)取向生長(zhǎng)程度最高,衍射峰(040)/)211(強(qiáng)度比為2.11,是JCPDS卡片的8.44倍,HRTEM和SAED與XRD的分析結(jié)果表明{010}晶面的暴露程度最高。另外,隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)該產(chǎn)物由混合相向純單斜相轉(zhuǎn)變,同時(shí){010}晶面的優(yōu)先生長(zhǎng)程度呈現(xiàn)先增大后下降的趨勢(shì),反應(yīng)時(shí)間為8 h時(shí)達(dá)到了最佳值,繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間會(huì)造成{010}晶面發(fā)生溶解,導(dǎo)致{010}晶面的暴露程度下降。高度暴露{010}晶面片狀m-BiVO_4的形成機(jī)制符合“溶解-再結(jié)晶”、Ostwald熟化和定向搭接機(jī)理。{010}晶面暴露程度最高的片狀m-BiVO_4具有最高的模擬太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)降解亞甲基藍(lán)(MB)的光催化活性,一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)可達(dá)到上述棒狀m-BiVO_4的2.2倍,其光催化性能的提高主要?dú)w因于高度暴露的{010}晶面有利于促進(jìn)光生電子和空穴的分離,增多表面活性位點(diǎn)。通過(guò)一步水熱法合成了暴露{010}晶面的P摻雜m-BiVO_4。P摻雜不會(huì)改變樣品的物相,但P5+插入到BiVO_4的晶格中替代了V5+會(huì)導(dǎo)致m-BiVO_4發(fā)生晶格畸變。并且P摻雜會(huì)誘導(dǎo)m-BiVO_4沿{010}晶面優(yōu)先生長(zhǎng),也會(huì)對(duì)產(chǎn)物的形貌產(chǎn)生影響。P摻雜量為5%時(shí)得到的片狀m-BiVO_4展示出最高的光催化活性,降解MB過(guò)程中的一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)是棒狀m-BiVO_4的1.2倍。這主要?dú)w因于P摻雜以及{010}晶面的有效暴露都會(huì)促進(jìn)光生電子-空穴對(duì)的分離而有利于光催化活性的增強(qiáng)。另外,高結(jié)晶度、片狀形貌和較強(qiáng)的光吸收也有助于提高光催化活性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O643.36;O644.1

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 金海如,諸葛健;微生物丙三醇的生產(chǎn)及研究進(jìn)展[J];日用化學(xué)工業(yè);2000年05期

2 楊靜靜;郭兆陽(yáng);欒興社;;微生物產(chǎn)丙三醇概述[J];糧油加工;2010年02期

3 齊葳芊;;微生物丙三醇的生產(chǎn)及研究進(jìn)展[J];科技創(chuàng)新與應(yīng)用;2013年33期

4 錢渝;丙三醇精制的研究[J];連云港職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1991年03期

5 高建炳;精制丙三醇工藝的改進(jìn)[J];河南科技;1995年05期

6 諸葛健,方慧英,諸葛斌;發(fā)酵法生產(chǎn)丙三醇的過(guò)去和現(xiàn)在[J];工業(yè)微生物;1997年03期

7 張育川;多縮丙三醇及其衍生物[J];精細(xì)與專用化學(xué)品;2002年22期

8 王魁香,鄧京川,鮑吉龍,湯大新;微波與丙三醇-水、乙醇-水混溶介質(zhì)相互作用機(jī)理的研究[J];吉林大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào);1988年03期

9 易文;含有丙三醇酰胺的洗滌組合物[J];精細(xì)與專用化學(xué)品;1995年18期

10 施南華,劉士清,喬敏,張玉順;影響發(fā)酵產(chǎn)生丙三醇的主要因子[J];云南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1998年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 陳德兆;;發(fā)酵丙三醇產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)初探[A];中國(guó)生物工程學(xué)會(huì)第三次全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)討論會(huì)論文摘要集[C];2001年

2 李微雪;;鉑臺(tái)階面的初始氧化及其對(duì)催化活性影響的理論研究[A];第十三屆全國(guó)催化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2006年

3 刁鵬;張大峰;王靜懿;何衛(wèi)平;項(xiàng)民;張琦;;金納米粒子修飾電極的電化學(xué)催化活性研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第26屆學(xué)術(shù)年會(huì)納米化學(xué)分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2008年

4 殷立峰;包月平;牛軍峰;;碳摻雜氧化鈦納米纖維的制備和光催化活性[A];持久性有機(jī)污染物論壇2011暨第六屆持久性有機(jī)污染物全國(guó)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2011年

5 曹運(yùn)珠;魏東明;侯克玲;張財(cái)順;邢永恒;;釩氧配合物仿生催化活性研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第08分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

6 孫彬;周國(guó)偉;;二氧化鈦納米棒的水熱法制備及其光催化活性[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第十四屆膠體與界面化學(xué)會(huì)議論文摘要集-第6分會(huì)：膠體與界面化學(xué)技術(shù)、應(yīng)用與產(chǎn)品[C];2013年

7 余濟(jì)美;林雋;;熱處理對(duì)二氧化鈦光催化劑表面的吸附氧及催化活性影響[A];2000'全國(guó)光催化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2000年

8 田寶柱;陳峰;張金龍;;明膠對(duì)二氧化鈦晶相結(jié)構(gòu)、平均粒徑及光催化活性的影響[A];中國(guó)感光學(xué)會(huì)第七次全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)年會(huì)和第七屆青年學(xué)術(shù)交流會(huì)論文摘要集[C];2006年

9 余火根;王雪飛;王蘋;余家國(guó);;光敏性銀類化合物的光穩(wěn)定性與光催化活性[A];第十三屆全國(guó)太陽(yáng)能光化學(xué)與光催化學(xué)術(shù)會(huì)議學(xué)術(shù)論文集[C];2012年

10 徐悅?cè)A;梁達(dá)惠;劉滿樂(lè);劉定中;張偉祥;俞文燦;;光還原沉積銅二氧化鈦的制備、表征及其光催化活性[A];2004年全國(guó)太陽(yáng)能光化學(xué)與光催化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前2條

1 霍文婕　劉強(qiáng) 楊文柱;丙三醇在反芻動(dòng)物飼養(yǎng)中的應(yīng)用研究[N];中國(guó)畜牧獸醫(yī)報(bào);2008年

2 記者 吳長(zhǎng)鋒;光催化分解水制氫氣展現(xiàn)迷人前景[N];科技日?qǐng)?bào);2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 劉偉;單斜相釩酸鉍的形貌和晶面控制合成及其光催化性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

2 張娟;丙三醇羰基化合成丙三醇碳酸酯的基礎(chǔ)研究[D];清華大學(xué);2014年

3 馬青蘭;納米ZnO的熒光調(diào)控及光催化性能研究[D];武漢大學(xué);2013年

4 孫濤;鈦酸鍶能帶結(jié)構(gòu)調(diào)制及光催化應(yīng)用研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

5 周海波;M_xCe_(1-x)O_y復(fù)合氧化物的制備及其催化N_2O分解性能研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

6 王義平;葡萄糖六磷酸脫氫酶G6PD的乙�；{(diào)控及其在氧化應(yīng)激過(guò)程中的作用和分子機(jī)制[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

7 張俊;碳化硅納米復(fù)合材料的制備及其在光催化中的應(yīng)用[D];南京大學(xué);2015年

8 李曉微;TiO_2基球形材料的制備與光催化性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

9 李宇明;丙三醇?xì)浣庵贫假F金屬催化劑的研究[D];清華大學(xué);2014年

10 張曉茹;N摻雜二氧化鈦納米材料的光電性質(zhì)及光催化活性[D];吉林大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 徐小強(qiáng);雜多酸柱撐水滑石催化丙三醇?xì)庀嗝撍磻?yīng)的研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2015年

2 莊曉煜;粘土負(fù)載金屬氧化物催化丙三醇脫水氧化反應(yīng)的活性位及作用的研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2016年

3 余青云;二氧化碳和丙三醇反應(yīng)合成丙三醇碳酸酯的研究[D];廣西大學(xué);2014年

4 劉冬妍;由苯胺和丙三醇?xì)庀啻呋铣?-甲基吲哚[D];遼寧師范大學(xué);2010年

5 胡基業(yè);鎳催化劑上丙三醇重整—?dú)浣庵?，2-丙二醇的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2012年

6 孫夢(mèng)臨;SnO_2基} 米復(fù)合光催化劑的合成、表征與性能研究[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2015年

7 蔣耀;摻雜氧化亞銅光催化活性的理論研究[D];西南大學(xué);2015年

8 王威;新型Bi_3Ti_2O_8F半導(dǎo)體光催化劑的制備及其表面改性研究[D];浙江大學(xué);2015年

9 楊建華;硫化物光催化活性增強(qiáng)的研究[D];華中師范大學(xué);2015年

10 張?jiān)?ZnO在光催化處理工業(yè)廢水中的應(yīng)用[D];上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院;2015年

，

本文編號(hào)：2333322