稀土掺杂对铋基光催化剂的结构和性能的影响研究

摘要

半导体光催化氧化技术可以利用太阳光深度氧化有机污染物，因此在环境保护和水处理领域具有很广阔的应用前景。铋基光催化剂因具有合适的禁带宽度以及对环境无污染等特点，因此成为新型光催化研究领域的一个热点。由于稀土元素具有丰富的能级和独特的4f电子结构，因此稀土可以做为一种重要的掺杂剂来改性半导体光催化剂。目前虽然有关于稀土掺杂铋基化合物的研究，但是关于双稀土共掺杂或稀土与非金属共掺杂对铋基光催化剂的结构和性能的研究相对较少。本文首先系统研究了双稀土共掺杂对Bi2O3和BiVO4的结构和光催化性能的影响，然后研究了稀土与非金属共掺杂对BiVO4的结构和光催化性能的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴采用水热法分别制备了La和Ce单掺杂Bi2O3以及不同摩尔比的La和Ce共掺杂Bi2O3光催化剂。研究结果表明，掺杂稀土后，单斜晶型的-Bi2O3转变为四方晶系?-Bi2O3，同时引起Bi2O3的晶粒细化、比表面积增加以及分散度的提高。La和Ce共掺杂还可以有效地抑制光生电子与空穴对的复合。其中(3/1)La/Ce共掺杂时，所制备的(3/1)La/Ce-Bi2O3复合光催化剂活性最佳。⑵采用水热法分别制备了La和Gd单掺杂BiVO4和不同摩尔比的La/Gd共掺BiVO4光催化剂。研究结果表明，掺杂稀土后，单斜晶型的BiVO4转变为四方晶系BiVO4，同时引起BiVO4比表面积的增加。光催化降解酸性橙Ⅱ结果表明稀土掺杂能不同程度地提高BiVO4的光催化性能。其中(4/1)La/Gd-BiVO4复合光催化剂的光催化活性最高。⑶通过水热法制备了直径为1-3μm的Eu, F共掺杂BiVO4微球。发现F的存在使BiVO4的结晶度增加，Eu的存在能引起BiVO4晶体从单斜晶转变为四方晶，微球的形成以及比表面积的增加。F和Eu共掺杂不仅能引起BiVO4表面结构性质的变化而且能提高光生电子与空穴对的转移与分离，从而提高微球的光催化活性。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 前言

1.2 光催化机理

1.3 稀土掺杂和复合铋基光催化剂的应用

1.4 稀土上转换改性光催化剂

1.5 论文的选题依据、意义与研究内容

第二章 实验部分

2.1 实验药品

2.2 实验仪器

2.3 光催化剂表征

2.4 光催化剂的制备

2.5 光催化活性测试

第三章 La和Ce共掺对Bi2O3晶体结构和光催化性能的影响

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 小结

第四章 La和Gd共掺杂对BiVO4光催化剂结构及光催化性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 小结

第五章 Eu和F共掺杂对BiVO4晶体结构及光催化性能影响

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 不足与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果