BiVO4基复合光催化剂的制备与表征

摘要

BiVO4是一种新型半导体光催化材料，因其在光能转化、污染物处理方面具有潜在应用价值而成为研究热点;如何降低BiVO4光生电子-空穴的复合几率、提高BiVO4的可见光活性是人们现阶段重点关注的问题。本文选用石墨烯(RGO)、钨酸铋(Bi2WO6)、金属盐Co(NO3)2·6H2O和非金属盐NH4F进行BiVO4的改性研究;BiVO4基复合光催化剂主要通过水热法制备。催化实验结果表明:与纯相BiVO4相比，复合物的光催化活性均得到不同程度的提升。最后，对活性优化的机理进行了探讨。具体内容如下:
　　1、通过EDTA（模板剂）辅助水热法制备了RGO/BiVO4复合光催化剂，通过XRD、FE-SEM、FT-IR、DRS等手段对RGO/BiVO4进行表征。实验表明:GO在水热过程中还原为RGO; RGO的掺杂量不同，BiVO4的活性改善程度不同;当RGO质量分数为15％时，催化剂活性最优。RGO的复合增强了BiVO4的吸附性能、可见光吸收强度和响应范围，抑制了载流子的复合。
　　2、先利用沉淀法在500℃下合成BiVO4，再通过水热法制备Bi2WO6并同时复合BiVO4，得到了BiVO4/Bi2WO6复合光催化剂;利用XRD、FT-IR、SEM、EDS、DRS、PL等方法分析了其形貌及组成、可见光吸收及电子迁移特性。结果表明二者的复合可以使光降解性能得到改善，这主要源于禁带宽度的减小，吸附能力和可见光吸收强度的增大，光生电子-空穴对复合几率的降低。
　　3、选用Co(NO3)2·6H2O作为Co源，采用EDTA辅助水热法合成Co粒子掺杂的Co/BiVO4复合光催化剂。XRD、SEM和EDS表明Co粒子成功与BiVO4复合;XPS图谱表明复合物中Co以CO3O4的形式存在;DRS图谱表明Co的复合可以减小BiVO4的禁带宽度，增强光吸收强度;PL图谱表明Co的掺杂可以降低复合物的光生e-/h+复合几率，提高光催化性能。
　　4、以NH4F为N源和F源、利用EDTA辅助水热过程合成了N、F共掺杂的N-F/BiVO4复合光催化剂。结果表明与纯相BiVO4相比，N-F/BiVO4复合物的催化活性均有所提升但提升幅度不大。N-F/BiVO4复合光催化剂活性的提高在一定程度上得益于BiVO4表面酸碱性的改变、O空位数量的增加和禁带宽度的减小。然而N-F共掺杂不能有效抑制光生载流子的复合，使得实际催化效果改善不明显。

目录

摘要

第一章 文献综述

1．1 半导体光催化剂概述

1．1．1 半导体光催化技术研究背景

1．1．2 半导体光催化材料的发展

1．1．3 光催化剂作用原理

1．2 铋系半导体可见光催化材料研究进展

1．2．1 铋氧化物

1．2．2 钛酸铋系

1．2．3 卤氧化铋系

1．2．4 钼酸铋

1．2．5 钨酸铋

1．2．6 钒酸铋

1．3 钒酸铋系光催化剂简介

1．3．1 钒酸铋的结构与基本性质

1．3．2 钒酸铋的合成方法

1．3．3 钒酸铋的表征

1．4 钒酸铋的改性

1．4．1 贵金属沉积

1．4．2 离子掺杂

1．4．3 半导体复合

1．5 本课题的研究内容与意义

第二章 RGO／BiVO4复合光催化剂的EDTA辅助水热合成及表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 主要试剂

2．2．2 主要仪器

2．2．3 样品表征和测试

2．2．4 样品的制备

2．2．5 可见光催化活性评价

2．3 结果与讨论

2．3．1 SEM分析

2．3．2 FT-IR分析

2．3．3 XRD分析

2．3．4 DRS分析

2．3．5 光催化性能

2．4 本章小结

第三章 BiVO4／Bi2WO6复合光催化剂的制备和光催化活性

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要试剂

3．2．2 主要仪器

3．2．3 样品表征和测试

3．2．4 催化剂的制备

3．2．5 催化活性测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 XRD分析

3．3．2 FT-IR分析

3．3．3 SEM和EDS分析

3．3．4 UV-Vis DRS分析

3．3．5 光催化性能测试

3．3．6 光催化机理

3．4 本章小结

第四章 Co掺杂BiVO4光催化剂的合成和光催化性能

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 主要试剂

4．2．2 主要仪器

4．2．3 样品表征和测试

4．2．4 催化剂的制备

3．2．5 催化活性测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 XRD分析

4．3．2 XPS分析

4．3．3 SEM和EDS分析

4．3．4 DRS分析

4．3．5 光催化性能分析

4．3．6 光催化机理分析

4．4 本章小结

第五章 N-F共掺杂BiVO4光催化剂的合成和光催化活性

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 主要试剂

5．2．2 主要仪器

5．2．3 样品表征和测试

5．2．4 催化剂的制备

3．2．5 催化活性测试

5．3 结果与讨论

5．3．1 XRD分析

5．3．2 XPS分析

5．3．3 SEM、TEM和EDS分析

5．3．4 UV-Vis DRS分析

5．3．5 光催化性能分析

5．3．6 PL光谱分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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