可見光響應(yīng)型釩酸鹽系列光催化材料的合成及其性能研究.pdf

1、提高可見光利用率和開發(fā)高效、高穩(wěn)定性光催化材料已經(jīng)成為光催化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。光催化劑固有的禁帶寬度與太陽(yáng)光譜中可見光區(qū)相匹配是能夠在太陽(yáng)光條件下響應(yīng)的前提,尋找合適的方法來(lái)提高光催化材料中光生電子和空穴的分離效率是獲得高效光催化劑的基礎(chǔ)。為尋求高能效、高活性光催化材料,本文圍繞可見光響應(yīng)型光催化材料的設(shè)計(jì)、開發(fā)為重點(diǎn),利用多種不同的金屬元素對(duì)基體光催化劑進(jìn)行修飾改性,以期提高光生電子和空穴的分離效率,從而達(dá)到提高光催化活性的目的,并

2、通過(guò)各種表征手段對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行深入分析,同時(shí)結(jié)合光催化活性的改變,分析其構(gòu)效之間的關(guān)系。深入、細(xì)致研究金屬元素引入對(duì)本體結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響。
　　 本文通過(guò)浸漬法合成了CuO/BiVO4復(fù)合氧化物光催化材料。采用XRD、SEM-EDS、TEM、XPS、DRS、BET、TG-DSC、IR、ICP等方法對(duì)光催化劑進(jìn)行表征分析。XRD分析表明,Cu的摻雜并未改變BiVO4的晶體結(jié)構(gòu)。而在煅燒過(guò)程中,Cu的改性有效的阻止了其本體Bi

3、VO4單斜白鎢礦結(jié)構(gòu)向方型白鎢礦結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。XPS、SEM-EDS、IR和TG-DSC分析結(jié)果顯示,Cu(NO3)2前驅(qū)體最終以CuO形式存在于BiVO4的表面。DRS分析發(fā)現(xiàn)Cu的引入能夠使光催化劑在可見光區(qū)域的光吸收性能增強(qiáng),減小光催化劑的禁帶寬度。相比較于單體BiVO4材料,CuO/BiVO4具有更高的比表面積和暗反應(yīng)吸附容量。在可見光和紫外光作用條件下分別考察了CuO/BiVO4光催化材料光催化降解亞甲基(MB)的活性。結(jié)合固體光

4、催化劑固體本身的結(jié)構(gòu)特性和其光催化活性之間的關(guān)系,進(jìn)行構(gòu)效關(guān)系研究。光催化降解MB實(shí)驗(yàn)證明無(wú)論是在可見光照射下,還是在紫外光照射下,300℃溫度熱處理?xiàng)l件下5 at％Cu摻雜的Cu-BiVO4光催化劑具有最高的光催化活性,亞甲基藍(lán)降解率分別為98％(2 h紫外光照射)和82％(4 h可見光照射)。在紫外和可見光照射下,CuO/BiVO4光催化降解亞甲基藍(lán)過(guò)程均符合表觀一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征；在最佳摻雜量為5 at％時(shí),其表觀動(dòng)力學(xué)常數(shù)κ分別

5、為單體BiVO4作用下κ值的5.08倍和2.04倍。并對(duì)CuO引入后形成的物理異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的光催化原理進(jìn)行了研究。
　　 本文還橫向比較了Fe、Co等不同過(guò)渡金屬離子摻雜對(duì)光催化劑的結(jié)構(gòu)和光催化性能的影響。通過(guò)XRD、XPS、DRS、SEM-EDS、PL等多種表征手段分析了不同過(guò)渡金屬離子摻雜對(duì)本體BiVO4晶型結(jié)構(gòu)、表面特性、光學(xué)性質(zhì)、內(nèi)生電子和空穴分離等微觀性質(zhì)的影響。同時(shí),考察了各種摻雜型光催化劑的光催化活性。通過(guò)活性比較發(fā)

6、現(xiàn),BiVO4　　 同時(shí),本文合成了稀土元素?fù)诫s改性BiWO4系列光催化材料。分析結(jié)果表明,稀土離子以稀土氧化物

7、形式存在,即以RE2O3存在于RE3+-BiVO4樣品中。在稀土離子摻雜改性的樣品中,Gd3+-BiVO4表現(xiàn)出最高的光催化降解MB活性。Gd的引入提高了基體BiVO4的光催化活性歸因于Gd本身特殊的電子層結(jié)構(gòu)。其它稀土離子摻雜,無(wú)論摻雜離子濃度在最佳含量還是其它含量條件下,如La,Ce,Nd,Ho,Sm,Eu和Yb均不能提高BiVO4基體的光催化活性。Gd摻雜的最佳比例為8 at％。
　　 本文還利用La稀土元素獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)

8、,對(duì)Ag3VO4材料進(jìn)行摻雜改性,提高Ag3VO4材料光催化活性。結(jié)合XRD、XPS、DRS、SEM-EDS、BET等表征手段對(duì)La3+改性后的La3+-Ag3VO4材料的晶型結(jié)構(gòu)、光學(xué)特性、表面性質(zhì)、化合價(jià)態(tài)組成變化進(jìn)行分析。DRS分析表明La。+引入有利于La3+-Ag3VO4材料在可見光區(qū)的吸收。SEM-EDS、XRD及XPS分析顯示La以La2O3顆粒的形式分散在Ag3VO4表面,改變了單體Ag3VO4的表面構(gòu)成形式。實(shí)驗(yàn)證實(shí),