Bi2WO6的水热/溶剂热合成、表征及可见光催化性能

论文摘要

Bi2WO6作为一种典型的新型可见光响应材料,其研究将在提高太阳能利用率、环境净化和新能源开发方面具有潜在的实用价值。而具有纳米尺寸的材料,不论是零维的纳米量子点、一维的纳米线、纳米管,二维的纳米带还是三维的纳米球,其特殊的形貌会导致光催化剂的吸附能力、光生电子和空穴的分离速率等发生变化,从而表现出不同于块体材料的特殊的可见光催化性能。因此,关于不同形貌和尺寸的Bi2WO6纳米结构的合成、表征和性能研究是工业化应用的重点。本文在没有添加高分子修饰剂的情况下采用水热法制备了Bi2WO6纳米自组装结构,研究了其生长机理和在可见光照射下对RhB的光催化活性。此外采用溶剂热法制备了Bi2WO6纳米颗粒,考察了反应溶剂、时间、pH值等实验参数对Bi2WO6纳米结构合成的影响。本研究取得的成果主要如下:通过采用矿化剂KOH调节体系的pH值水热合成了几种Bi2WO6的纳米结构,包括Bi2WO6花状球、圆片和纳米片。TEM和HRTEM结果表明Bi2WO6圆片是由纳米片在[001]方向上定向自组装而成,整个圆片表现为类单晶的特点。对Bi2WO6圆片生长机理的研究表明,生长过程是一个Ostwald熟化和取向聚集共同作用的过程。光催化结果表明,随着pH值从1升高到7,所制得的Bi2WO6粉体的对RhB的降解活性从98.9%降低到39.9%。选用乙二醇作溶剂时成功地制备了结晶性好、粒径分布窄的Bi2WO6纳米颗粒（12nm）。若溶剂改用水,得到的是颗粒较大的Bi2WO6纳米片,尺寸范围在30-300nm之间。溶剂热合成的Bi2WO6要比水热合成的Bi2WO6和P-25具有更大的RhB降解率,光催化活性趋势为溶剂热（98.0%）＞水热法（80.8%）＞P-25（20.2%）。通过调节溶剂热反应时间发现随着反应时间从1h延长到16h,纳米颗粒的平均尺寸随之从9.1nm增大到25.3nm。在溶剂热反应16h后产物不仅存在纳米片,而且有少量纳米棒的形成。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 半导体光催化技术在环境净化方面的应用
• 1.2.1 空气净化
• 1.2.2 污水处理
• 1.3 半导体光催化反应机理
• 1.4 影响半导体光催化剂反应活性的主要因素
• 1.4.1 催化剂本身的影响
• 1.4.2 反应条件的影响
• 1.5 光催化新技术研究进展
• 1.5.1 钙钛矿型复合氧化物
• 1.5.2 复合半导体型可见光催化剂
• 1.5.3 卤氧化物光催化剂
• 1.5.4 钨酸盐光催化剂
• 1.6 半导体光催化剂存在的问题和发展趋势
• 1.6.1 半导体光催化剂存在的问题
• 1.6.2 半导体光催化剂发展趋势
• 1.7 本研究工作的研究思路
• 2 实验方法、样品制备及测试技术
• 2.1 实验方法
• 2.2 样品制备
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验设备
• 2.2.3 实验步骤
• 2.3 测试技术
• 2.3.1 X射线衍射（XRD）
• 2.3.2 透射电子显微镜（TEM）和高分辨透射电子显微分析（HRTEM）
• 2.3.3 场发射扫描电镜形貌分析（FESEM）和EDX电子能谱
• 2.3.4 X射线光电子能谱仪（XPS）
• 2.3.5 光催化反应装置
• 2WO₆自组装结构的水热合成和可见光催化性能'>3 Bi₂WO₆自组装结构的水热合成和可见光催化性能
• 3.1 本章引言
• 2WO₆的水热合成与表征'>3.2 Bi₂WO₆的水热合成与表征
• 2WO₆圆片的表征'>3.2.1 Bi₂WO₆圆片的表征
• 2WO₆圆片的形成机理'>3.2.2 Bi₂WO₆圆片的形成机理
• 2WO₆形貌的影响'>3.2.3 pH值对Bi₂WO₆形貌的影响
• 2WO₆的可见光催化性能的表征'>3.3 Bi₂WO₆的可见光催化性能的表征
• 3.4 本章小结
• 2WO₆纳米颗粒的溶剂热合成和可见光催化性能'>4 Bi₂WO₆纳米颗粒的溶剂热合成和可见光催化性能
• 4.1 本章引言
• 2WO₆纳米颗粒的合成与表征'>4.2 Bi₂WO₆纳米颗粒的合成与表征
• 2WO₆纳米颗粒尺寸的影响'>4.2.1 溶剂对Bi₂WO₆纳米颗粒尺寸的影响
• 2WO₆纳米颗粒的影响'>4.2.2 溶剂热反应时间对Bi₂WO₆纳米颗粒的影响
• 2WO₆纳米颗粒的形成机理研究'>4.3 Bi₂WO₆纳米颗粒的形成机理研究
• 2WO₆纳米颗粒的可见光催化性能研究及其表征'>4.4 Bi₂WO₆纳米颗粒的可见光催化性能研究及其表征
• 4.5 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 附录