釩酸鉍及其復(fù)合物可見光催化劑的合成與光催化性能的研究.pdf

1、隨著環(huán)境污染尤其是水資源污染的日益加重，尋找一種有效處理水污染的方法是人們發(fā)展所面臨的重中之重。目前光催化降解水中污染物被認(rèn)為是治理環(huán)境污染的一種理想方法。二氧化鈦是一種優(yōu)異的光催化劑，但是由于TiO2只能響應(yīng)紫外光，并且產(chǎn)生的電子空穴對(duì)極容易復(fù)合，這些缺點(diǎn)抑制了其實(shí)際應(yīng)用。而作為一種新型的光催化劑，釩酸鉍(BiVO4)在可見光區(qū)域具有很好響應(yīng)。但是BiVO4也面臨著同樣的問題，即光生電子空穴對(duì)復(fù)合嚴(yán)重。因此本文以有效地分離電子空穴對(duì)為

2、主線，重點(diǎn)研究了如何提高BiVO4的光催化降解性能，同時(shí)也探討了形貌對(duì)釩酸鉍性能的影響。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、叛芯苛藛涡卑祖u礦型釩酸鉍的晶體結(jié)構(gòu)，同時(shí)合成了不同形貌的釩酸鉍光催化劑并討論了形貌對(duì)BiVO4性能的影響。利用 diamond軟件研究了單斜白鎢礦型釩酸鉍的晶體結(jié)構(gòu)。通過不同的方法合成了具有不同形貌的釩酸鉍光催化劑，并研究了其光催化性能。實(shí)驗(yàn)表明，片狀釩酸鉍的光催化降解性能最佳，在光照3h下，羅丹明B(RhB)降解率

3、達(dá)到將近50％，這由于其裸露出具有高活性的(040)晶面，并且電子空穴遷移距離短。同時(shí)可發(fā)現(xiàn)單一的 BiVO4性能很差，有必要對(duì)BiVO4進(jìn)行復(fù)合。
　?、撇捎盟疅岱ê铣刹煌珺i/V比例的BiVO4/Bi2O3復(fù)合型光催化劑。在制備過程中，通過改變起始反應(yīng)物硝酸鉍的含量即可簡(jiǎn)單地調(diào)控Bi/V的比例。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，催化劑的光催化性能與Bi/V的比例有關(guān)，隨著Bi/V的比例的增加，復(fù)合光催化劑的性能越好，當(dāng)Bi/V達(dá)到1.3時(shí)，光催化效果

4、最好：光照3h后，RhB降解率達(dá)到90%，是釩酸鉍降解速率的3倍；隨著Bi/V的比例繼續(xù)提高，性能反而下降，這是因?yàn)檫^多的Bi2O3覆蓋在BiVO4上，影響了BiVO4對(duì)光的利用率。復(fù)合光催化劑性能的提高是因?yàn)锽iVO4與Bi2O3之間形成了p-n結(jié)，p-n結(jié)有利于電子空穴對(duì)的分離。
　?、茄芯苛薆iVO4與還原氧化石墨烯(rGO)復(fù)合半導(dǎo)體的光催化性能。還原氧化石墨烯是一種二維層狀結(jié)構(gòu)的材料，具有低電阻，電子遷移速率極快的特性。

5、因此，當(dāng)還原氧化石墨烯與BiVO4復(fù)合后，能夠有效的抑制電子空穴對(duì)的復(fù)合，可提高光催化性能。實(shí)驗(yàn)中先將 BiVO4和氧化石墨烯復(fù)合，然后在紫外光照射下得到了BiVO4-rGO復(fù)合催化劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明BiVO4-rGO復(fù)合催化劑光催化降解性能得到很大地提高，復(fù)合光催化劑效率是釩酸鉍的4倍。這是因?yàn)楣馍娮涌赏ㄟ^rGO迅速地轉(zhuǎn)移，抑制電子空穴對(duì)的復(fù)合。
　?、韧ㄟ^簡(jiǎn)單有效的方法合成了具有高效光催化性能的 BiVO4/Cu2O光催化劑。

6、本文中，先合成了片狀釩酸鉍，然后在釩酸鉍的表面生長(zhǎng) Cu2O，制備出具有p-n結(jié)構(gòu)的BiVO4/Cu2O復(fù)合光催化劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明復(fù)合光催化劑和BiVO4與Cu2O質(zhì)量比有關(guān)，隨著Cu2O的含量的增加，復(fù)合催化劑的性能提高，當(dāng)Cu2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在15%時(shí)，其光催化性能最好。在光照2h下，可完全降解RhB；隨著BiVO4與Cu2O質(zhì)量比繼續(xù)提高，性能反而下降，這是因?yàn)檫^多的Cu2O覆蓋在BiVO4上，影響了BiVO4的性能。p-n結(jié)構(gòu)有利