新型可见光催化剂BiVO4的制备与研究

论文摘要

钒酸铋（BiVO4）有三种主要的晶型:单斜白钨矿结构、四方白钨矿结构和四方锆石结构。单斜白钨矿BiVO4禁带宽度约为2.4ev,具有可见光吸收的特性,克服了传统光催化剂二氧化钛只能吸收紫外光的缺点,受到了越来越多的重视。本文侧重研究单斜BiVO4的碳掺杂改性以及通过新的合成方法实现大表面积BiVO4的合成。以医用脱脂棉作为碳源,通过浸渍-煅烧法成功合成了碳掺杂BiVO4,并研究了不同煅烧温度对碳掺杂量和禁带宽度的影响。实验研究表明:在500℃以上煅烧棉花前驱体即可得到碳掺杂BiVO4,并且随着温度进一步上升,BiVO4的碳掺杂量逐渐增加,然而,当温度高于650℃时,BiVO4的碳掺杂量反而下降。同时,碳掺杂BiVO4的禁带宽度也随着煅烧温度的变化而变化,当温度为650℃时,催化剂的禁带宽度最小。光催化测试以罗丹明B作为目标降解物,在大于420nm可见光照射2h后,碳掺杂BiVO4样品的光降解效果是固相法制备的单斜BiVO4的12倍。为了探索BiVO4的合成新方法,以乙二醇（EG）作为溶剂和软模板剂,通过水浴保温-煅烧法初步实现了大比表面积BiVO4的合成及控制。实验中,将前驱体溶液于60℃水浴箱中保温不同时间（2天和7天）,形成的凝胶干燥后于不同温度下（400℃和500℃）煅烧得到三维连通多孔单斜BiVO4。较长保温时间及较低煅烧温度下制备的BiVO4的比表面积较大（水浴保温7天后于400℃煅烧的样品:13.29m2·g-1）,远高于固相法制备的BiVO4的比表面积。通过液相降解罗丹明B的结果显示:利用该方法制备的BiVO4在420nm可见光照射4h后的降解效率达到了80%。基于一系列的表征结论的基础上,以乙二醇为模板形成的三维连通孔结构的形成机理作了初步解释。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 半导体催化的基本原理
• 1.3 光催化材料的发展历程
• 4 光催化剂研究的发展及现状'>1.4 BIVO₄光催化剂研究的发展及现状
• 4 的应用'>1.5 单斜BIVO₄的应用
• 1.6 本文的研究内容及意义
• 2 实验及测试方法
• 2.1 化学试剂及实验仪器
• 2.2 催化剂光催化性能评价
• 4纤维的制备及催化性能表征'>3 C-BIVO₄纤维的制备及催化性能表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验过程
• 4 的制备与表征'>3.3 碳掺杂BIVO₄的制备与表征
• 4 的影响'>3.4 煅烧温度对C-BIVO₄的影响
• 3.5 本章小结
• 4 及其工艺条件优化'>4 水浴法制备多孔BIVO₄及其工艺条件优化
• 4.1 引言
• 4.2 实验过程
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 硕士期间发表论文情况