BiVO4的水热法合成、改性及其可见光催化性能的研究

论文摘要

环境污染是当今全世界面临的重大挑战，利用新型高效的可见光响应光催化材料将太阳光能转化为化学能，并直接利用太阳光在常温下光催化降解有毒有害污染物，从而达到环境净化的目的，越来越受到科学工作者的重视。近年来，BiVO4作为新型可见光响应光催化剂，能够有效降解环境中有机污染物而得到极大的关注。本试验采用水热法合成BiVO4颗粒，通过表面担载Bi2WO6，对BiVO4进行表面改性。并通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和紫外-可见漫反射（DRS）等方法对合成的光催化剂进行表征，研究其物理化学性质。以罗丹明B染料为模型污染物，在可见光下考察光催化剂的催化活性，本研究包括以下两部分内容：（1）采用水热合成法，以Bi（NO3）35H42O和NH44VO3为原料，合成了纳米BiVO4颗粒。分别考察了水热温度、前驱物pH4值以及水热反应时间对BiVO4的晶型、形貌，晶粒大小及催化性能的影响。得出的最佳制备条件是：水热温度为180oC，前驱物pH4为7、水热时间为24h。所制备的钒酸铋颗粒为单斜白钨矿结构，并且具有良好的可见光响应。通过计算得到BiVO4的禁带宽度为2.46eV。在BiVO4投加量为3g/L，处理初始浓度为10mg/L的罗丹明B溶液，反应5h后，罗丹明B的脱色率达到92.2%（2）通过表面担载Bi2WO6合成具有异质结结构的Bi2WO6/BiVO4复合催化剂。XRD结果表明Bi2WO6已被担载在BiVO4表面，DRS结果显示改性的过程并没有改变BiVO4的光吸收能力。其中Bi2WO6担载量为质量分数3.0%的Bi2WO6/BiVO4降解罗丹明B的速率是BiVO4的2.7倍。光催化活性提高的主要原因是由于在Bi2WO6与BiVO4表面形成异质结结构，当受到能量大于禁带宽度的光照时，激发产生的光生电子从能级低BiVO4的导带迁移到能级高Bi2WO6的导带上，光生空穴则从能级高的Bi2WO6价带迁往能级低的BiVO4价带上，抑制了光生载流子的复合几率，提高了光生载流子的分离效率，从而使光催化效率得到提高。研究表明，通过改性形成的具有异质结结构的Bi2WO6/BiVO4复合半导体催化剂具有较强的可见光光催化能力，这使其在太阳光降解有机污染物方面具有较好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 半导体光催化基本原理
• 1.2 可见光响应光催化剂研究进展
• 1.2.1 宽禁带半导体的改性研究进展
• 1.2.1.1 离子掺杂
• 1.2.1.2 表面光敏化
• 1.2.1.3 半导体复合
• 1.2.2 新型可见光催化剂的研究进展
• 1.2.2.1 简单窄带光催化剂
• 1.2.2.2 钙钛矿型复合氧化物
• 1.2.2.3 钨锰矿型光催化剂
• 1.2.2.4 铋系光催化剂
• 1.3 提高半导体光催化性能的方法
• 1.3.1 半导体表面贵金属沉积
• 1.3.2 复合半导体
• 1.3.3 半导体的金属离子掺杂
• 1.3.4 半导体的表面还原处理
• 1.3.5 表面鳌合及衍生作用
• 1.4 本课题研究依据和研究目的及意义
• 1.4.1 本课题研究依据
• 1.4.2 本课题研究的目的及意义
• 1.4.2.1 研究目的
• 1.4.2.2 研究意义
• 1.4.3 本课题研究内容
• 4的制备、表征及可见光光催化性能'>第二章 BiVO₄的制备、表征及可见光光催化性能
• 2.1 实验试剂与仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 光催化剂的制备
• 2.2.2 样品的表征
• 2.2.3 光催化实验
• 2.2.3.1 实验装置
• 2.2.3.2 罗丹明 B 特征吸收波长及标准曲线确定
• 2.2.3.3 吸附实验
• 2.2.3.4 光催化降解罗丹明 B
• 2.2.3.5 光催化降解率的计算
• 2.3 结果与讨论
• 4性能的影响'>2.3.1 不同制备条件对 BiVO₄性能的影响
• 4的影响'>2.3.1.1 水热温度对合成 BiVO₄的影响
• 4的影响'>2.3.1.2 水热时间对合成 BiVO₄的影响
• 4影响'>2.3.1.3 前驱液的 pH 值对合成 BiVO₄影响
• 4的表征'>2.3.1.4 最佳制备条件合成 BiVO₄的表征
• 4可见光光催化降解罗丹明 B'>2.3.2 BiVO₄可见光光催化降解罗丹明 B
• 2.3.2.1 罗丹明 B 初始浓度的影响
• 2.3.2.2 不同投加量的影响
• 2.4 本章小结
• 2WO₆/BiVO₄复合催化剂的制备、表征及可见光光催化性能'>第三章 异质结 Bi₂WO₆/BiVO₄复合催化剂的制备、表征及可见光光催化性能
• 3.1 实验试剂与仪器
• 3.1.1 实验试剂
• 3.1.2 实验仪器
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 样品的制备
• 3.2.2 样品的表征
• 3.2.3 吸附实验
• 3.2.4 光催化降解罗丹明 B
• 3.2.5 光催化降解率的计算
• 3.3 结果与讨论
• 2WO₆/BiVO₄复合光催化剂的表征'>3.3.1 Bi₂WO₆/BiVO₄复合光催化剂的表征
• 2WO₆/BiVO₄复合光催化剂的 XRD 分析'>3.3.1.1 Bi₂WO₆/BiVO₄复合光催化剂的 XRD 分析
• 2WO₆/BiVO₄复合光催化剂的 DRS 分析'>3.3.1.2 Bi₂WO₆/BiVO₄复合光催化剂的 DRS 分析
• 2WO₆/BiVO₄复合光催化剂的 SPV 分析'>3.3.1.3 Bi₂WO₆/BiVO₄复合光催化剂的 SPV 分析
• 2WO₆/BiVO₄复合催化剂光催化降解罗丹明 B'>3.3.2 Bi₂WO₆/BiVO₄复合催化剂光催化降解罗丹明 B
• 2WO₆/BiVO₄光催化性能的影响'>3.3.2.1 不同担载量对 Bi₂WO₆/BiVO₄光催化性能的影响
• 2WO₆/BiVO₄光催化性能的影响'>3.3.2.2 不同初始浓度对 Bi₂WO₆/BiVO₄光催化性能的影响
• 2WO₆/BiVO₄光催化性能的影响'>3.3.2.3 不同投加量对 Bi₂WO₆/BiVO₄光催化性能的影响
• 2WO₆/BiVO₄复合催化剂的光催化反应的动力学分析'>3.3.3 Bi₂WO₆/BiVO₄复合催化剂的光催化反应的动力学分析
• 2WO₆/BiVO₄光催化机理的探讨'>3.4 异质结 Bi₂WO₆/BiVO₄光催化机理的探讨
• 3.5 本章小结
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢