鉬酸鉍基復(fù)合氧化物的水熱合成及光催化性能研究.pdf

1、以半導(dǎo)體材料為光催化劑，利用太陽能消除污染物，是近年來較重要的研究課題。它對(duì)于保護(hù)環(huán)境、維持生態(tài)平衡、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。目前，普遍采用的光催化劑如TiO2、SrTiO3、NaTaO3等多為寬禁帶半導(dǎo)體，僅在紫外光區(qū)有響應(yīng)。而波長在400 nm以下的紫外光部分不足太陽光總能量的5％，太陽光能量主要集中在400—700 nm的可見光范圍，達(dá)總能量的43％。傳統(tǒng)的可見光光催化劑如CdS、CdSe等由于容易發(fā)生光腐蝕、不穩(wěn)定也不環(huán)保。

2、因此，研究和開發(fā)可見光驅(qū)動(dòng)的光催化劑是提高太陽能利用率，最終實(shí)現(xiàn)光催化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。 鉬酸鉍是一類重要的催化劑模型材料。此外，這類化合物由于其獨(dú)特的物理性能還可作為離子導(dǎo)體、聲光材料、光導(dǎo)體、氣體傳感器及光催化劑。但由于低溫γ-Bi2MoO6相在600℃以上會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷卅?-Bi2MoO6相，因此鉬酸鉍的低溫合成對(duì)鉬酸鉍的應(yīng)用具有重要意義。目前對(duì)鉬酸鉍光催化性能的研究主要集中在γ-Bi2MoO6，但對(duì)水熱條件下γ-Bi2

3、MoO6納米片的形成過程及形貌變化及光催化性能缺乏系統(tǒng)研究。對(duì)水熱條件下三種鉬酸鉍的相結(jié)構(gòu)變化、控制合成條件、光催化性能及其影響因素研究相對(duì)較少。 在此背景下，本論文利用水熱法合成路線，通過對(duì)鉬酸鉍化合物的制備、表征和光催化性能研究，探索制備條件、合成工藝、形貌調(diào)控、能帶結(jié)構(gòu)與產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)變化和光催化性能之間的關(guān)系，從而為設(shè)計(jì)和開發(fā)新型的可見光光催化劑提供理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)條件。 首先，采用水熱法在較低溫度下合成了γ-Bi2M

4、oO6納米片，研究了水熱反應(yīng)參數(shù)如溫度、時(shí)間對(duì)γ-Bi2MoO6結(jié)構(gòu)和形貌的影響，闡述了形貌形成機(jī)理。光催化性能研究表明γ-Bi2MoO6納米片在可見光下對(duì)羅丹明B顯示了較好的礦化度，顯示了在太陽能光催化方面的極大的應(yīng)用潛力。并比較了不同有機(jī)助劑對(duì)產(chǎn)物形貌、尺寸和光催化性能的影響。 通過調(diào)控Bi/Mo比和pH值，采用水熱法制備了α-Bi2Mo3O12、β-Bi2Mo2O9和γ-Bi2MoO6三種鉬酸鉍材料。研究表明，在較高的鉬濃

5、度和較低的pH值下形成了α-Bi2Mo3O12；較低的鉬濃度和較高的pH值有利于形成γ-Bi2MoO6。盡管不能由水熱法直接得到，但通過煅燒水熱產(chǎn)物，得到了純的β-Bi2Mo2O9化合物。通過X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、拉曼光譜(Raman)和紅外光譜(IR)的表征，對(duì)水熱合成過程中相的轉(zhuǎn)變規(guī)律、合成控制條件和形成過程進(jìn)行了細(xì)致的論述，為水熱條件下合成鉬酸鉍材料提供了重要參考，具有指導(dǎo)意義。

6、光物理和光催化性能研究表明，三種鉬酸鉍材料顯示了不同的光吸收性能和不同的可見光光催化活性，并從晶體結(jié)構(gòu)、帶結(jié)構(gòu)、形貌、比表面積等方面詳細(xì)討論了光催化性能差異的原因。 水熱條件下，當(dāng)原始Bi/Mo配比從2/3到2．4/1，在pH等于7和9時(shí)，都獲得了純相的γ-Bi2MoO6。但此過程中拉曼峰發(fā)生了明顯的頻移，光催化性能發(fā)生了較大變化。深入分析了拉曼頻移、結(jié)構(gòu)變化和光催化性能之間的關(guān)系。 通過低溫水熱法，合成了無限互溶的Bi