釩系-鉬紗可見光催化劑的制備及性能研究.pdf

1、幾十年來，全球能源短缺和嚴(yán)重的環(huán)境污染問題正成為一個(gè)潛在危機(jī)。為了人類社會(huì)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展，發(fā)展無污染、低能耗的技術(shù)正成為一個(gè)緊迫的任務(wù)。在各類可再生能源中，太陽能作為一種低成本、綠色能源成為目前克服環(huán)境和能源問題的理想途徑。利用半導(dǎo)體光催化劑催化制H2和將CO2還原成碳是解決能源轉(zhuǎn)化問題和環(huán)境問題的潛在方法，具有極好的應(yīng)用前景，因此有大量研究者開展了研究。在半導(dǎo)體光催化劑研究中，除了傳統(tǒng)的二氧化鈦和氧化鋅，許多新型光催化劑，如Bi2

2、WO6、Bi2MoO6、SrTiO3、BiFeO3等也被相繼研究，但由于受溶液中光催化劑的光利用率和催化效率的限制，以及納米催化劑難以分離的缺點(diǎn)，阻礙了其大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。為了解決這些問題，研究者開展了大量的工作。本研究合成了新穎的釩系半導(dǎo)體材料（如BiVO4）和鉬系半導(dǎo)體材料（如SrMoO4、和Sr2FeMoO6及其摻雜材料），采用XRD、SEM、TEM、BET、XPS、Raman、UV-vis、PL、ESR等對(duì)光催化劑的結(jié)構(gòu)、形貌和

3、性能進(jìn)行了深入研究。以亞甲基藍(lán)(MB)為模擬污染物，對(duì)催化劑在可見光下的催化性能和催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。在此基礎(chǔ)上，提出了光催化劑的形貌形成機(jī)理和光催化降解機(jī)理。主要研究工作如下:
　　(1)改進(jìn)的溶膠-凝膠法制備網(wǎng)狀BiVO4及其光催化性能研究
　　通過改進(jìn)的溶膠-凝膠法成功地制備了具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的BiVO4光催化劑。制備過程中，以檸檬酸(CA)作為螯合劑，乙二胺四乙酸(EDTA)作為螯合劑和軟模板劑，研究了pH值和

4、EDTA量對(duì)樣品結(jié)構(gòu)和形貌的影響。研究結(jié)果表明，EDTA量和pH值的大小對(duì)所制備的BiVO4樣品的形貌形成發(fā)揮了重要作用。以MB為模擬污染物對(duì)催化劑的光催化性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在可見光(λ＞400nm)照射下，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的BiVO4顯示出了優(yōu)異的光催化性能，在50分鐘內(nèi)，亞甲基藍(lán)的降解率達(dá)到約98％，研究也發(fā)現(xiàn)，該光催化劑降解MB的過程符合擬一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，擬合的表觀反應(yīng)速率常數(shù)kapp約是傳統(tǒng)溶膠-凝膠法合成的樣品的10倍。<

5、br>　　(2)共沉淀法制備SrMoO4∶Eu3+，Dy3+及其形貌和發(fā)光性能研究
　　采用共沉淀法制備了SrMoO4熒光粉和SrMoO4∶xEu3+(yDy3+)熒光粉。系統(tǒng)研究了反應(yīng)溶液的初始pH值和Eu(Dy)摻雜量對(duì)樣品形貌和發(fā)光性能的影響。研究結(jié)果表明，隨著pH值從6增至10，SrMoO4的形貌發(fā)生了改變。SrMoO4∶xEu是長(zhǎng)為10μm，直徑為2μm的均勻分散的紡錘形結(jié)構(gòu)，而SrMoO4∶yDy呈現(xiàn)由紡錘形小棒組成的

6、花狀結(jié)構(gòu)。基于以上結(jié)果，提出了形貌形成的機(jī)理。發(fā)光性能研究發(fā)現(xiàn)，位于616nm處Eu3+(5D0→7F2)和位于576nm處Dy3+(4F9/2→6H13/2)最強(qiáng)光發(fā)射峰的發(fā)光強(qiáng)度隨Eu(Dy)的含量增加而增強(qiáng)，并分析了其發(fā)光機(jī)理。
　　(3)表面活性劑水熱法制備SrMoO4∶0.01Dy3+及發(fā)光性能研究
　　以檸檬酸鈉(Na3Cit)和聚乙二醇(PEG4000)作為表面活性劑，采用水熱法制備了SrMoO4∶0.01Dy

7、3+發(fā)光材料，采用XRD、SEM和PL等對(duì)材料的結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)性能進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，表面活性劑的添加不改變SrMoO4發(fā)光材料的晶體結(jié)構(gòu)，但對(duì)SrMoO4材料的形貌影響很大。隨著Na3Cit或PEG4000的加入，SrMoO4∶0.01Dy3+的形貌由片狀轉(zhuǎn)變成紡錘形和花狀。Dy3+的4F9/2→6H13/2電子躍遷導(dǎo)致材料最強(qiáng)的光發(fā)射峰位于576nm附近。加入Na3Cit后，樣品的發(fā)光強(qiáng)度降低。隨著PEG4000量的增加，光

8、發(fā)射強(qiáng)度先增強(qiáng)后降低，當(dāng)PEG∶Sr的摩爾比為0.5∶1時(shí)，光發(fā)射強(qiáng)度達(dá)到最大。
　　(4)水熱法制備Cr、Co摻雜SrMoO4及光催化性能研究
　　一種簡(jiǎn)單的水熱合成法成功制備了Cr、Co摻雜的SrMoO4可見光催化劑。研究結(jié)果表明，Cr、Co摻雜對(duì)SrMoO4樣品的晶體結(jié)構(gòu)影響較小，但對(duì)樣品形貌起重要作用。在可見光照射下，通過光催化降解MB模擬污染物，評(píng)價(jià)其光催化性能。ESR研究結(jié)果表明在光催化降解過程中·O2-自由基是

9、主要的活性物。光催化結(jié)果表明，當(dāng)Cr、Co摻雜量分別為7％和5％時(shí)，摻雜SrMoO4的光催化性能最佳?？梢?，SrMoO4光催化活性的提高與Cr(Co)摻雜密切相關(guān)，原因可能是由于摻雜使樣品的能帶寬度減小，同時(shí)，摻雜后光生電子和空穴的復(fù)合率降低，說明Cr(Co)摻雜是提高SrMoO4光催化性能的一種有效方式。
　　(5)溶膠-凝膠制備Eu、Dy摻雜Sr2FeMoO6及性能研究
　　通過溶膠凝膠法成功制備了具有棒狀和花狀結(jié)構(gòu)的E

10、u和Dy摻雜Sr2FeMoO6磁性高效光催化劑。研究結(jié)果表明，樣品為四方晶系雙鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)，Eu和Dy摻雜后不會(huì)改變其晶體結(jié)構(gòu)，但對(duì)材料的形貌產(chǎn)生明顯影響。隨Eu和Dy摻雜量的增加，F(xiàn)e/Mo有序度降低，結(jié)構(gòu)中氧空穴濃度增加，而且Fe2+/3+-Mo5+/6+之間的平衡逐漸打破;磁性能研究發(fā)現(xiàn)，隨著Eu和Dy摻雜量的增加，樣品的飽和磁化強(qiáng)度下降，矯頑力增加;以亞甲基藍(lán)為模擬污染物在可見光照射下的光催化降解研究表明，在35分鐘內(nèi)大約9