Bi2WO6纳米材料的制备、生长及光催化性能研究

论文摘要

钨酸铋（Bi2WO6）是Aurivillius家族中最简单的氧化物之一,由于其在相关领域具备良好的物理及化学性能,尤其是其可见光催化降解有机废水方面的性能,因而受到科研工作者的广泛关注。目前,研究者已经通过水热法成功合成了形貌各异的Bi2WO6纳米材料,大大提高了其光催化性能。研究Bi2WO6的水热生长过程和水热合成条件对提高其可见光光催化性能具有重要理论意义和实用价值。以Bi（NO3）3·5H2O、Na2WO4·2H2O为原料,NaOH为矿化剂,采用水热法合成Bi2WO6纳米晶体,并使用XRD、SEM、TEM对其进行表征,分析了反应时间和温度对晶体生长的影响。利用Johnson-Mehl-Avrami（JMA）方程对不同温度下Bi2WO6的水热晶化过程进行动力学模拟分析。研究发现,Bi2WO6纳米晶体的水热晶化过程表现为较低温度下的扩散控制生长以及较高温度（T>160℃）下的相界控制生长。同时,Bi2WO6纳米晶体的生长经历了一个成核、积聚和熟化的过程。以罗丹明B的降解率作为可见光光催性能的评价标准,分析了不同酸性助剂CH3COOH和HN03对水热法合成Bi2WO6光催化剂的影响。研究发现,不同酸性助剂对Bi2WO6样品的形貌和可见光催化活性均有较大影响。HN03的添加抑制了花状微球的形成,使Bi2WO6样品的紫外-可见光吸收边发生红移,比表面积增大。光催化测试结果表明,以HN03为酸性助剂时所制备样品的光催化活性最高,添加CH3COOH则相对降低。以CuCl2和CuSO4为铜源水热法离子掺杂合成Bi2WO6粉体,分析了不同铜源离子掺杂以及掺杂量对水热法合成Bi2WO6光催化剂的影响。研究发现,不同铜源掺杂对Bi2WO6样品的形貌和可见光催化活性均有较大影响。以CuCl2为铜源离子掺杂Bi2WO6的样品粒径减小,比表面积增大。掺杂后的铜以中Cu2+和Cu+两种电子形式存在。光催化测试结果表明以CuCl2为铜源时所制备的Bi2WO6样品的光催化活性最高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 半导体光催化反应
• 1.2.1 光催化反应机理
• 1.2.2 光催化技术应用
• 1.2.3 铋系光催化剂研究进展
• 2WO₆光催化剂'>1.3 Bi₂WO₆光催化剂
• 2WO₆的基本结构'>1.3.1 Bi₂WO₆的基本结构
• 2WO₆的化学方法改性研究'>1.3.2 Bi₂WO₆的化学方法改性研究
• 2WO₆光催化剂的主要制备方法'>1.3.3 Bi₂WO₆光催化剂的主要制备方法
• 1.4 本文研究目的、意义及主要内容
• 1.4.1 研究目的、意义
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 实验方法和工艺路线
• 2 实验药品、仪器及表征手段
• 2.1 实验药品和仪器
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 表征手段
• 2.2.1 X射线衍射仪（XRD）
• 2.2.2 场发射扫描电子显微镜（SEM）
• 2.2.3 透射电子显微镜（TEM）
• 2.2.4 紫外-可见分光分光度计（UV-Vis）
• 2.2.5 X射线光电子能谱（XPS）
• 2.2.6 比表面积分析仪（BET）
• 2.3 光催化性能测试
• 2.3.1 光源
• 2.3.2 目标降解物（RhB）
• 2.3.3 光催化反应装置及流程
• 2.3.4 光催化反应效果评价
• 2WO₆的水热合成及生长机理的研究'>3 Bi₂WO₆的水热合成及生长机理的研究
• 2WO₆纳米晶体的制备'>3.1 Bi₂WO₆纳米晶体的制备
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 水热反应条件对XRD晶体结构的影响
• 3.2.2 显微结构分析
• 3.2.3 动力学分析
• 2WO₆的化学反应式及反应机理'>3.2.4 Bi₂WO₆的化学反应式及反应机理
• 3.3 本章小结
• 2WO₆及其性能研究'>4 不同酸性助剂水热合成Bi₂WO₆及其性能研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 样品的制备
• 4.1.2 样品光催化性能测试
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 样品物相分析
• 4.2.2 样品的SEM分析
• 4.2.3 样品的TEM分析
• 4.2.4 样品的UV-VIS光谱分析
• 4.2.5 样品的比表面积及孔径分析
• 4.2.6 样品的光催化性能分析
• 4.3 本章小结
• 2WO₆粉体的合成、表征及催化性能研究'>5 Cu掺杂Bi₂WO₆粉体的合成、表征及催化性能研究
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 样品制备测定
• 5.1.2 样品光催化性能测试
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 不同铜源样品的XRD分析
• 5.2.2 不同铜源样品的SEM分析
• 5.2.3 不同铜源样品的UV-VIS DRS分析
• 2样品的元素形态分析'>5.2.4 掺杂CuCl₂样品的元素形态分析
• 2样品的XRD分析'>5.2.5 掺杂CuCl₂样品的XRD分析
• 2样品的SEM分析'>5.2.6 掺杂CuCl₂样品的SEM分析
• 5.2.7 样品的光催化性能分析
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录