窄帶隙半導(dǎo)體光催化劑的水熱制備及其可見光催化性能的研究.pdf

1、全球性能源危機(jī)和環(huán)境污染問題已經(jīng)引起世界各國廣泛關(guān)注，能夠有效利用太陽能實(shí)現(xiàn)光催化制氫或者光催化降解污染物的可見光催化技術(shù)及其材料的制備與應(yīng)用開發(fā)，已成為材料學(xué)、化學(xué)和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，具有重要的意義。 本文在綜述窄帶隙半導(dǎo)體的相關(guān)研究及進(jìn)展的基礎(chǔ)上，以鈦酸丁酯為原料，采用水熱/溶劑熱法制備技術(shù)，研究了具有可見光響應(yīng)的改性TiO<,2>光催化劑以及窄帶隙半導(dǎo)體光催化劑BiVO<,4>與YFeO<,3>的合成工藝、物相結(jié)構(gòu)

2、的調(diào)控技術(shù)以及它們的可見光催化性能，探討分析了影響可見光催化性能的因素。 以鈦酸丁酯為原料，采用溶劑熱法合成了兩類具有可見光響應(yīng)能力與光催化降解特性的改性TiO<,2>光催化劑：一類是在有機(jī)溶劑中合成了表面吸附有機(jī)物的有機(jī)表面改性TiO<,2>光催化劑；另一類是以CHCl<,3>為碳源，合成了碳復(fù)合的無機(jī)表面改性TiO<,2>光催化劑。 結(jié)果表明，這兩種改性TiO<,2>光催化劑都具備類似窄帶隙光催化劑的可見光響應(yīng)與可見

3、光催化降解性質(zhì)，表面吸附有機(jī)物改性TiO<,2>以及碳復(fù)合改性TiO<,2>在可見光下對甲基橙均有較高的催化性能。作為認(rèn)為，上述改性TiO<,2>通過有機(jī)物與TiO<,2>的螯合作用、TiO<,2>與碳的協(xié)同作用等方式在TiO<,2>能帶中形成“摻雜能級”，從而具備了可見光響應(yīng)特性。光催化實(shí)驗(yàn)表明，有機(jī)物的種類與數(shù)量對有機(jī)表面改性TiO<,2>光催化劑的可見光催化甲基橙效率有一定影響；而采用碳復(fù)合的無機(jī)表面改性TiO<,2>也獲得了良好

4、的可見光催化活性。因此，研究表明可以通過改變?nèi)軇l件、添加CHCl<,3>為碳源等方法制備具有可見光響應(yīng)、高催化活性的有機(jī)表面改性或者無機(jī)碳表面改性修飾的可見光響應(yīng)TiO<,2>催化劑。 以硝酸鉍、偏釩酸銨為原料、氨水為礦化劑，采用水熱法在不同溫度下(150-280℃)制備了具有不同晶型、形貌及光催化性能的BiVO<,4>，總結(jié)了水熱條件下BiVO<,4>物相的制備工藝控制條件，探討了單斜純相BiVO<,4>催化劑的水熱合成規(guī)律

5、以及光催化降解特性。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)溶液的pH值條件對BiVO<,4>物相的形成有一定影響，當(dāng)pH較大時(shí)(pH=10)，會生成Bi<,2>O<,3>，而當(dāng)pH值較低時(shí)，可以合成BiVO<,4>；此外，反應(yīng)溫度會顯著影響B(tài)iVO<,4>的晶型與形貌，通過溫度的調(diào)節(jié)可以合成四方、單斜及四方與單斜混相的BiVO<,4>?？梢姽獯呋瘜?shí)驗(yàn)表明，在pH值為5、反應(yīng)時(shí)間為6 h、反應(yīng)溫度大于200℃時(shí)合成的純單斜相BiVO<,4>在可見光照射

6、下對甲基橙具有很高的催化活性，同時(shí)對影響光催化的相關(guān)因素進(jìn)行了研究和分析。 以硝酸釔、硝酸鐵原料、氨水為礦化劑，通過多種嘗試，在改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)步驟和過程基礎(chǔ)上，獲得了一種能夠合成較高純度YFeO<,3>的乙醇熱制備技術(shù)與工藝條件。研究發(fā)現(xiàn)，將礦化后得到的產(chǎn)物多次過濾并放入乙醇介質(zhì)中進(jìn)行乙醇熱反應(yīng)處理，控制6 h的反應(yīng)時(shí)間，可以通過反應(yīng)溫度的調(diào)節(jié)，獲得不同晶型和形貌的YFeO<,3>的產(chǎn)物，同時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著反應(yīng)溫度的升高，YFeO<,3