钙钛矿型纳米材料钛酸盐和钒酸铋的制备、表征及其光催化性能研究

论文摘要

本论文致力于纳米钙钛矿型氧化物A（Mg、Ca、Sr）TiO3和另类可见光催化剂钒酸铋的制备、表征和光催化性能的研究。一、采用溶胶-凝胶法,制备了纳米钙钛矿型氧化物MgTi03、CaTi03、SrTiO3,利用热重-差热（TG-DTA）、X-射线衍射（XRD）、紫外可见分光光度计（UV-Vis）、X-射线光电子能谱（XPS）等分析手段进行了表征。通过光催化降解液相悬浮体系中亚甲基蓝和气相中三氯乙烯,比较了三种钙钛矿型催化剂的光催化活性。结果表明：A位原子不同催化剂晶系结构不同,导致其最佳活性的烧结温度不同,MgTiO3为700℃,CaTiO3、SrTiO3为80℃；其中CaTiO3的光催化活性最佳,原因是CaTiO3光催化剂表面吸附氧能力较强,提供了较多的表面活性物种。二、采用水相沉淀法,以Bi（N03）3·5H20和NH4VO3为原料,在不同煅烧温度下,制备出具有单一晶相的单斜白钨矿型BiVO4。以亚甲基蓝染料为目标降解物,研究了不同煅烧温度对样品可见光催化活性的影响。同时尝试利用改良的水相沉淀法-熔盐辅助法制备单斜BiVO4,以期望提高其可见光催化活性。结果表明：在不同煅烧温度（300℃、400℃、500℃、600℃）下可以成功制备出具有单一晶相的单斜白钨矿型BiVO4；400℃时制得的样品的可见光催化活性最高；通过熔盐辅助法制得的单斜白钨矿型BiVO4的光催化活性得到了明显的提高,熔盐的投入量对BiVO4的可见光催化活性有着重要影响。三、采用水相沉淀法,以Bi（NO3）。·5H20和NH4VO3为原料,在低温条件下制备出具有单一晶相的四方白钨矿型和单斜白钨矿型BiVO4,研究了pH对样品的结构和可见光催化活性的影响。结果表明：采用水相沉淀法,在室温下能够制得单一晶相的四方白钨矿型BiVO4,而在110℃下能够制得单斜白钨矿型BiVO4;pH值在低温合成过程中影响着样品的晶型,过酸或过碱条件都不利于单斜相的形成；110℃C条件下,pH=7时样品的光催化活性最高,原因主要是其具有较小的晶粒尺寸和较强的表面吸附氧能力。该项研究通过研究钙钛矿型氧化物A（Mg、Ca、Sr）Ti03结构及其光催化性能,为AB03钙钛矿型复合氧化物光催化剂中,A位金属对其结构及催化性能所起的作用提供了一定的基础理论数据；采用水相沉淀法在低温条件下成功制备出BiV04的两种纯相,优化了可见光响应的高活性BiVO4的低温制备条件,开拓了BiV04材料的应用途径。为开辟与可见光相匹配的光催化剂的研究与应用以及开发利用绿色光源-太阳能的研究打下一定基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 半导体光催化氧化技术
• 1.2.1 有关半导体光催化的相关概念
• 1.2.2 导体光催化的基本原理
• 1.2.3 半导体光催化技术的研究与应用现状简介
• 1.2.4 光催化技术存在的问题
• 1.3 光催化剂简介
• 1.3.1 光催化剂活性的影响因素
• 1.3.2 光催化剂的表征手段
• 1.3.3 光催化剂的分类
• 1.4 钙钛矿型氧化物的结构
• 1.5 钒酸铋材料概述
• 1.5.1 钒酸铋的晶相
• 1.5.2 钒酸铋的几种制备方法简介
• 1.6 立题依据
• 1.7 研究内容及意义与主要结果
• 1.7.1 研究内容及意义
• 1.7.2 主要结果
• 第二章 钙钛矿型纳米材料钛酸盐的结构及其光催化性能
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂和仪器
• 2.2.2 光催化剂的制备
• 2.2.3 光催化活性评价
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 热重-差热分析
• 2.3.2 最佳活性温度的确定
• 2.3.3 光催化活性比较
• 2.3.4 X-射线衍射分析
• 2.3.5 X-射线光电子能谱分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 单斜钒酸铋的制备及其可见光催化研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂和仪器
• 3.2.2 钒酸铋的制备
• 3.2.3 光催化实验
• 3.2.4 熔盐实验
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 煅烧时间对活性的影响
• 3.3.2 不同煅烧温度对活性的影响
• 3.3.3 X-射线衍射分析
• 3.3.4 熔盐辅助法对活性的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 低温条件下制备不同晶型的钒酸铋
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂和仪器
• 4.2.2 钒酸铋的制备
• 4.2.3 光催化实验
• 4.3 结果与讨论
• 4的形成'>4.3.1 不同晶相BiVO₄的形成
• 4.3.2 扫描电镜分析
• 4.3.3 漫反射分析
• 4晶型的影响'>4.3.4 不同pH对BiVO₄晶型的影响
• 4光催化活性的影响'>4.3.5 pH对BiVO₄光催化活性的影响
• 4.3.6 X-射线光电子能谱分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文