BiVO4可见光催化剂的仿生合成及光催化性能研究

摘要

由于BiVO4半导体光催化材料本身无毒害，在降解污染物时不产生二次污染，制备条件温和，是环保型光催化材料，并且禁带宽度较窄又可响应可见光，因此，BiVO4半导体光催化材料的开发与研究受到越来越多的关注。
　　本论文中添加不同的生物模板，通过仿生合成的方法，制备出具有特定形貌的BiVO4光催化剂，并在可见光下对水中罗丹明B进行光催化降解的研究。同时，采用XRD、SEM、BET及UV-Vis对其进行表征。主要研究内容如下:
　　(1)以Bi(NO3)3·5H2O和NH4VO3为原料，淀粉作为模板剂采用仿生合成法制备出双胞胎球状、菜花状、风车状、圆柱状和椭圆球状具有分级结构的BiVO4。系统考察了pH值、水热温度、反应时间和不同淀粉量对合成BiVO4光催化剂样品的晶相、表面形貌及其光催化性能的影响。前驱液的pH值对产物形貌影响十分显著，并推测了形成特定形貌产物的生长机理。在可见光的照射下，将合成的BiVO4光催化剂样品用来催化降解罗丹明B，结果表明:在pH=4时制得的样品，具有风车状结构，其结构是沿着(040)晶面生长，并且具有较高的催化活性。
　　(2)以Bi(NO3)3·5H2O和NH4VO3为原料，选用高活性干酵母作为模板，采用仿生合成法，制备出BiVO4光催化剂样品的表面形貌为纳米级椭圆球状，且活性较高。在可见光照射下，光降解罗丹明B溶液，其降解率为96.5％。
　　(3)以Bi(NO3)3·5H2O和NH4VO3为原料，生物大分子明胶作为模板剂，采用仿生合成法，制备出不同形貌的BiVO4光催化剂样品。以罗丹明B为目标有机污染物，考察BiVO4光催化剂的催化性能。研究表明，在pH=4、水热温度=180℃、反应时间为24h及明胶的添加量为0.25g的条件下，制各出的单斜相BiVO4光催化剂样品，其表面形貌为枫叶状结构且晶相纯度较高，具有较好的结晶性，并且在可见光下，280min时光催化效率达到96.4％。
　　(4)以Bi(NO3)3·5H2O和NH4VO3为原料，采用甘露醇辅助水热法制各出一系列有特殊形貌的光催化功能材料。考察了pH值、水热温度、水热反应时间和添加甘露醇的量对样品的晶型、表面形貌和光催化活性的影响。经研究得出，添加0.164g甘露醇，pH=3，水热温度为180℃，反应时间为24h条件下制备出的BiVO4光催化剂催化活性最高。

目录

摘要

第一章 引言

1．1 半导体光催化氧化技术

1．2．半导体光催化氧化技术的原理

1．3 半导体光催化活性的影响因素

1．4 二氧化钛半导体光催化剂的优缺点

1．5 新型铋系氧化物光催化剂

1．6 钒酸铋(BiVO4)半导体光催化剂

1．6．1 钒酸铋(BiVO4)半导体光催化剂简介

1．6．2 钒酸铋(BiVO4)结构与性质

1．7 BiVO4光催化剂的制备方法

1．7．1 化学沉淀法

1．7．2 溶胶-凝胶法

1．7．3 高温固相法

1．7．4 微乳液法

1．7．5 水热(溶剂热)合成法

1．8 仿生合成BiVO4半导体光催化材料

1．8．1 生物矿化

1．8．2 仿生合成技术

1．9 论文的研究意义、研究内容和创新之处

1．9．1 研究意义

1．9．2 研究内容

1．9．3 本论文创新之处

第二章 淀粉辅助水热仿生合成法制备单斜相钒酸铋光催化材料

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂与仪器

2．2．2 BiVO4光催化剂的制备

2．2．3 样品表征

2．2．4 BiVO4的光催化性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 淀粉的量对BiVO4光催化剂的影响

2．3．2 温度对BiVO4光催化剂的影响

2．3．3 反应时间对BiVO4光催化剂的影响

2．3．4 不同pH值对BiVO4光催化剂的影响

2．4 本章小结

第三章 酵母细胞诱导制备单斜相钒酸铋光催化材料

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂与仪器

3．2．2 BiVO4光催化剂的制备

3．2．3 BiVO4光催化剂的表征

3．2．4 BiVO4的光催化性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 XRD分析

3．3．2 SEM分析

3．3．3 光催化活性分析

3．4 本章小结

第四章 明胶基质下合成不同形貌的钒酸铋光催化材料

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂与仪器

4．2．2 BiVO4光催化剂的制备

4．2．3 样品表征

4．2．4 BiVO4的光催化性能测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 不同pH值对BiVO4光催化剂XRD的影响

4．3．2 SEM分析

4．3．3 光催化活性分析

4．4 本章小结

第五章 甘露醇辅助水热法制备钒酸铋光催化材料

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验试剂与仪器

5．2．2 钒酸铋的制备

5．2．3 BiVO4光催化剂的表征

5．2．4 BiVO4的光催化性能测试

5．3 结果与讨论

5．3．1 不同制备条件下对BiVO4光催化剂的影响

5．3．2 反应时间对BiVO4光催化剂的影响

5．3．3 pH值对BiVO4光催化剂的影响

5．3．4 温度对BiVO4光催化剂的影响

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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