BiVO4异质结光催化剂的制备及可见光光催化性能研究

论文摘要

为构建资源节约型、环境友好型社会,解决当前面临的能源、环境两大危机,开发新型太阳能光催化技术越来越成为科研工作者不断努力的又一大研究课题。本文就是从这一角度出发,探索研究纳米异质结太阳能光催化新型材料,并提出可行的实验方案与研究方法,结合理论与实验对光催化化学反应影响因素及相关机理进行了详细叙述。因为钒酸铋不仅具有鲜艳明亮的颜色,而且还具有一系列重要的性质:铁弹性、热致变色性、声光转换性、离子导电性、半导体特性等,所以在传感器、燃料电池、高性能颜料等方面具有广泛而重要的应用前景。本文制备出的钒酸铋是采用了条件相对比较温和、形貌可控的水热法制备纳米级的钒酸铋半导体光催化材料。在制备过程中,本文考察了温度、时间、酸碱性等因素对制备出的样品的表面形貌及性能的影响,同时给出了优化工艺条件下样品的X-射线衍射分析、扫描电子显微镜分析、紫外可见漫反射分析及光催化性能分析等表征手段的分析结果,然后本文对样品表面微观形貌的可能的形成机理进行了相关解释。此外,本文还讨论了不同的表面活性剂或模板剂对制备出的样品的表面形貌的影响,并给出了相应的机理解释。具有异质结构型的光催化剂具有一系列不同于单一均相光催化剂的特点:接受光子照射更容易,电子激发能力更强,电子或离子导电性更好,电子-空穴对的分离更有效。纳米异质结结合了纳米技术、半导体技术及异质结构型的特点使得其在化学材料制备及材料性能研究方面具有更广泛的应用。半导体硫化镉具有禁带宽度较窄,导带能级较高,与钒酸铋容易复合形成异质结的特点,因此本文选择将钒酸铋与硫化镉复合,经二次水热制备出具有异质结构型的光催化剂,并对样品进行形貌表征及性能研究,同时分析并讨论了光催化反应的机理及电子-空穴对分离过程。此外,本文还研究了BiVO4-MxOy（M=Fe、Ti、Bi）复合光催化剂的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 光催化反应原理
• 1.3.1 光催化分解水原理
• 1.3.2 光催化降解污染物原理
• 1.4 光催化剂制备方法
• 1.5 异质结光催化
• 1.5.1 异质结光催化过程
• 1.5.2 异质结光催化剂分类
• 1.5.3 钒酸铋的晶体结构
• 1.6 国内外研究现状
• 1.7 课题主要研究内容
• 第2章 实验材料与研究方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 化学药品
• 2.1.2 实验仪器及设备
• 2.1.3 实验经费
• 2.2 实验研究方法
• 2.2.1 材料制备方法
• 2.2.2 仪器表征方法
• 2.2.3 光催化性能测试方法
• 第3章 钒酸铋的制备及表征
• 3.1 引言
• 4 样品'>3.2 铋源为BiC13 时水热法制备BiVO₄样品
• 4 光催化剂制备'>3.2.1 BiVO₄光催化剂制备
• 3.2.2 结构与组成表征
• 3.2.3 光催化剂的表面形貌分析
• 3.2.4 光催化性能测试
• 3）₃水热法制备BiVO₄ 样品'>3.3 铋源为Bi（NO₃）₃水热法制备BiVO₄样品
• 4 光催化剂的制备'>3.3.1 BiVO₄光催化剂的制备
• 3.3.2 pH 值对光催化剂的影响
• 3.3.3 反应温度的选择
• 3.3.4 反应时间的选择
• 3.3.5 优化工艺条件分析
• 3.3.6 光催化反应降解原理
• 3.3.7 不同模板剂对制备出的光催化剂的影响
• 3.4 本章小结
• 4-CdS 异质结光催化剂制备及性能研究'>第4章 BiVO₄-CdS 异质结光催化剂制备及性能研究
• 4.1 引言
• 4-CdS 光催化剂的制备'>4.2 BiVO₄-CdS 光催化剂的制备
• 4.3 相组成及结构分析
• 4.4 表面形貌分析
• 4.5 紫外-可见漫反射分析
• 4.6 可见光光催化性能测试
• 4-CdS 异质结构光催化剂可见光降解原理'>4.7 BiVO₄-CdS 异质结构光催化剂可见光降解原理
• 4.8 本章小结
• 4 与氧化物构成异质结的制备及性能研究'>第5章 BiVO₄与氧化物构成异质结的制备及性能研究
• 5.1 引言
• 4-M_xO_y 光催化剂的制备'>5.2 BiVO₄-M_xO_y光催化剂的制备
• 4-M_xO_y 光催化剂的UV-vis 漫反射'>5.3 BiVO₄-M_xO_y 光催化剂的UV-vis 漫反射
• 4-M_xO_y 光催化剂的形貌分析'>5.4 BiVO₄-M_xO_y光催化剂的形貌分析
• 4-M_xO_y 光催化剂的光催化性能'>5.5 BiVO₄-M_xO_y光催化剂的光催化性能
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢