钒（钼）酸铋光催化剂的软化学合成及其性能研究

摘要

自从进入21世纪以后，人类不断面临能源危机，生活环境日益恶化，那么充分利用自然资源成为当下主要研究方向。太阳能是自然界最丰富的资源，我们的利用光催化技术降解有机污染物正好可以充分利用太阳能。且近年来光催化技术的研究已成为热点，新型半导体光催化剂的开发对高效利用太阳能有重大意义。钼（钒）酸铋是铋系光催化剂中的代表，它们不仅可见光催化活性良好，且不会造成二次污染，受到国内外研究工作者的广泛关注。本文研究重点主要是探索乙二醇溶剂热法合成钒酸铋的最佳 pH值，并在此基础上对其进行金属Cu掺杂改性；再则是研究溶胶-凝胶法制备钼酸铋的基础条件，然后在最佳制备条件下对其进行金属Eu和金属Fe共掺杂改性来进一步提高其可见光催化活性。具体研究内容如下：
　　（1）以硝酸铋、偏钒酸铵为原料，采用乙二醇溶剂热法，在反应温度为180℃，反应时间为10 h的条件下制备钒酸铋光催化剂，探索其最佳pH；并通过XRD、SEM和UV-Vis DRS对所制备的样品进行表征。研究反应不同pH对BiVO4可见光催化活性的影响。结果表明：pH=11时，钒酸铋光催化活性最佳，对罗丹明B的降解率为37.06％。而后在pH=11基础上，添加乙二胺四乙酸（EDTA）作为螯合剂，成功制备出一系列分层的蚕茧包裹状结构的xCu-BiVO4光催化剂，并研究掺杂组分Cu对BiVO4的影响，利用XRD、SEM、XPS、PL和UV-vis DRS等手段对其进行表征和分析。结果表明：大量的 Cu2+对 BiVO4的晶相没有影响，但是对它的形态有很大的影响，由于 Cu2+的掺杂，催化剂的形貌由由花朵状变成了分层的蚕茧包裹状结构。通过在可见光照射下降解罗丹明B（RhB）溶液的实验，掺杂Cu2+能有效的加强了光催化剂BiVO4的活性，由于改变形貌而提高了光催化活性，加强了光吸收，减小了禁带宽度并且降低了光生电子-空穴对的复合率。光催化性能最好的是1.5Cu-BiVO4，它使罗丹明B溶液在可见光照射下50 min后的降解率达到了96%。
　　（2）以硝酸铋、钼酸铵为原料，采用溶胶-凝胶法制备钼酸铋光催化剂。探索其最佳煅烧温度，并通过XRD、SEM、TEM和UV-Vis DRS对所制备的样品进行表征。研究反应不同煅烧温度对Bi2Mo3O12可见光催化活性的影响。结果表明：煅烧温度为450℃时，Bi2Mo3O12的光催化活性最佳，对罗丹明B的降解率为58%。在最佳煅烧温度的基础上对其进行掺杂改性实验，成功制备出了掺杂金属Fe、金属Eu以及金属Fe与金属Eu共掺杂的BMO光催化剂。利用XPS、XRD、SEM、PL和UV-vis DRS等手段对其进行表征和分析。结果表明：在对 RhB进行光催化降解时显示出高光催化活性。在可见光照射下光照50 min，Eu-Fe-BMO的最高降解率可达94.1％。这说明由于光生电子-空穴分离，Eu3+不仅分散在晶体表面上的，而且掺入到了 BMO的晶格中。除了掺杂Eu3+稍微抑制颗粒生长，单掺杂或共掺杂并没有明显改变蜂窝状形貌。此外，Eu-Fe-BMO的光催化性能不仅仅是Eu-BMO和Fe-BMO两种催化剂的活性的总和。

目录

声明

第1章 绪论

1.1国内外研究现状

1.2光催化技术的理论基础

1.3光催化剂的制备方法

1.4 钒（钼）酸铋的光催化性能调控的研究进展

1.5 钒（钼）酸铋光催化活性的主要影响因素

1.6 课题研究的意义和内容

第2章 钒（钼）酸铋光催化剂的软化学合成的基础条件探究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 实验结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 乙二醇溶剂法制备Cu掺杂BiVO4样品及其可见光催化性能的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 溶胶-凝胶法制备Eu-Fe共掺杂Bi2Mo3O12及其可见光催化性能的研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢