铋基氧化物纳米材料的制备及其光催化性能研究

论文摘要

随着资源的过度开发利用和环境污染的加重,人类生活环境受到严重的破坏,环境问题成为当今世界关注的主要问题之一。近年来,作为新兴的污染治理技术,光催化在环境保护中的应用日益受到人们的重视。光催化技术的核心是制备高效的光催化材料。理想的光催化剂应当稳定性好、价格低廉、无毒、高活性且能充分吸收太阳光。TiO2是目前被研究和应用最多的半导体光催化剂。但是,较高的光生电子与空穴复合率导致TiO2的光量子效率较低;此外,由于带隙较宽,其吸收光谱只占太阳光谱中很小的一部分,不能充分利用太阳能。因此,新型光催化剂的研究焦点都放在二元或三元等复杂结构的氧化物上,人们希望能找到电荷分离效率高,光响应范围较宽,能充分吸收利用太阳光且光催化效率较高的光催化剂。基于此,本论文主要进行铋基复合氧化物纳米颗粒的制备及光催化性能研究,其主要内容包括:采用化学溶液分解法制备出Bi2WO6源样品。XRD结果表明,在500℃下热处理的样品已经具有较好的结晶性,随着热处理温度的升高,样品的结晶性没有明显改善。源样品经过合适的酸化条件处理,得到了纯相的、小尺寸的Bi2WO6纳米材料。紫外可见漫反射谱显示酸化前后样品均对可见光具有吸收响应。在水溶液悬浮体系中进行可见光照射下的染料罗丹明B的光催化降解实验,表征材料了的光催化性能。实验发现样品在可见光照射下对罗丹名B均具有较好的光催化降解性能。经过酸化处理的、纳米级片层状Bi2WO6样品的光催化活性比源样品大大提高。实验还发现,反应温度对光催化反应的进行具有一定影响。溶液的光谱吸收变化规律显示在光催化降解反应过程中罗丹明B分子的4个已基逐渐脱去。采用化学溶液分解法制备出Bi14W2O27源样品。XRD结果表明,500℃下热处理得到的产物有微量杂相,随热处理温度的升高,样品的结晶性没有明显改善。源样品经过一定的酸化条件处理,得到了纯相的、纳米尺寸的Bi14W2O27、Bi2WO6及钨酸。由SEM照片,经过酸化处理的样品,由烧结团聚的大颗粒变成纳米尺寸的片层状。紫外可见漫反射谱显示酸化前后样品均对可见光具有吸收响应。在水溶液悬浮体系中进行可见光照射下的染料罗丹明B的光催化降解实验,表征材料了的光催化性能。实验发现样品在可见光照射下均具有良好的光催化活性。经过酸化处理的、纳米级片层状样品的光催化活性比源样品大大提高。采用化学溶液分解法制备出Bi7Ti4NbO21。XRD结果表明,500℃下得到的产物只有两个小杂峰,提高热处理温度到550℃,杂峰消失,得到纯相的Bi7Ti4NbO21。经过硝酸酸化处理后,Bi7Ti4NbO21的衍射峰全部消失,仅出现了Bi2Ti2O7的衍射峰,说明经过浓硝酸超声酸化处理,Bi7Ti4NbO21转变为Bi2Ti2O7。热重分析结果表明,510℃左右有机物几乎完全分解,得到纯相的Bi7Ti4NbO21,这与XRD的结果相吻合。在水溶液悬浮体系中进行紫外光照射下的甲基橙的光催化降解实验,表征材料了的光催化性能。实验发现样品在紫外光照射下具有很好的光催化活性,但是其光催化活性劣于P25,认为可能是由于P25的粒径尺寸和分散性都优于本论文制备的Bi7Ti4NbO21。实验还发现,在550℃热处理的样品,不仅结晶性好,其光催化活性也最好。用酸化钼酸铵的方法合成了大尺寸的α-MoO3单晶晶片,其平均宽度为:1～2.5mm,厚度为:0.4～2μm,长度达到厘米级。对其晶体结构进行表征,α-MoO3单晶晶片沿（010）面择优生长。选取几个合适的单晶α-MoO3晶片,沿其生长方向测量了其沿[001]晶向的电阻率值。分析了α-MoO3单晶晶片的UV-Vis DRS图,样品的吸收边有一定的红移,其带隙值为2.71eV。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 光催化技术的应用
• 1.3 光催化反应的类型
• 1.4 半导体光催化反应的基本原理
• 1.5 半导体光催化剂的改性技术
• 1.6 新型光催化材料的研究现状及进展
• 1.7 本章小结
• 本章参考文献
• 第二章 本论文选题和主要研究内容
• 2.1 论文研究背景及选题依据
• 2.2 本论文主要研究内容
• 本章参考文献
• 2WO₆的制备、表征及光催化性能研究'>第三章 Bi₂WO₆的制备、表征及光催化性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验过程
• 2WO₆材料的CSD法制备及酸化处理'>3.2.1 Bi₂WO₆材料的CSD法制备及酸化处理
• 3.2.2 材料的表征
• 3.2.3 光催化性能表征
• 3.3 结果与讨论
• 2WO₆样品的结构'>3.3.1 酸化前后Bi₂WO₆样品的结构
• 2WO₆酸化后产物的TEM分析'>3.3.2 Bi₂WO₆酸化后产物的TEM分析
• 2WO₆样品的SEM分析'>3.3.3 酸化前后Bi₂WO₆样品的SEM分析
• 2WO₆样品的光吸收特性分析'>3.3.4 酸化前后Bi₂WO₆样品的光吸收特性分析
• 2WO₆样品的光催化性能研究'>3.3.5 酸化前后Bi₂WO₆样品的光催化性能研究
• 3.4 本章小节
• 本章参考文献
• 14W₂O₂₇的制备、表征及光催化性能研究'>第四章 Bi₁₄W₂O₂₇的制备、表征及光催化性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验过程
• 14W₂O₂₇材料的CSD法制备及酸化处理'>4.2.1 Bi₁₄W₂O₂₇材料的CSD法制备及酸化处理
• 4.2.2 材料的表征
• 4.2.3 光催化性能表征
• 4.3 结果与讨论
• 14W₂O₂₇样品的结构及酸化处理过程中结构的演变'>4.3.1 Bi₁₄W₂O₂₇样品的结构及酸化处理过程中结构的演变
• 14W₂O₂₇源样品及酸化产物形貌'>4.3.2 Bi₁₄W₂O₂₇源样品及酸化产物形貌
• 14W₂O₂₇酸化产物的TEM和HREM分析'>4.3.3 Bi₁₄W₂O₂₇酸化产物的TEM和HREM分析
• 14W₂O₂₇样品的光吸收特性'>4.3.4 酸化前后Bi₁₄W₂O₂₇样品的光吸收特性
• 14W₂O₂₇样品的光催化性能研究'>4.3.5 酸化前后Bi₁₄W₂O₂₇样品的光催化性能研究
• 4.4 本章小节
• 本章参考文献
• 7Ti₄NbO₂₁的制备、表征及光催化性能研究'>第五章 Bi₇Ti₄NbO₂₁的制备、表征及光催化性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验过程
• 7Ti₄NbO₂₁材料的CSD法制备及酸化处理'>5.2.1 Bi₇Ti₄NbO₂₁材料的CSD法制备及酸化处理
• 5.2.2 材料的表征
• 5.2.3 光催化性能表征
• 5.3 结果与讨论
• 7Ti₄NbO₂₁样品的特性表征'>5.3.1 Bi₇Ti₄NbO₂₁样品的特性表征
• 7Ti₄NbO₂₁光催化性能研究'>5.3.2 Bi₇Ti₄NbO₂₁光催化性能研究
• 5.4 本章小结
• 本章参考文献
• 3单晶晶片的合成、表征及光催化性能研究'>第六章 MoO₃单晶晶片的合成、表征及光催化性能研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验过程
• 6.2.1 材料的制备
• 6.2.2 材料的结构与性能表征
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 材料的形貌
• 6.3.2 单晶晶片的结构分析
• 3单晶片的电学性质'>6.3.3 α-MoO₃单晶片的电学性质
• 3单晶片的UV-Vis漫反射光谱'>6.3.4 α-MoO₃单晶片的UV-Vis漫反射光谱
• 6.4 本章小结
• 本章参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表