新型可见光催化剂的制备及光电性能的研究

摘要

光催化技术能在光照条件下彻底地将有机污染物分解为CO2、H2O等无机小分子，且高效节能、清洁无毒、工艺简化、无二次污染，越来越引起人们的关注。在光催化降解研究中，拟制备新型n型半导体BiVO4和p型半导体光催化剂CuBi2O4，研究其光(电)化学行为；以n-BiVO4半导体为阳极，p-CuBi2O4半导体为对电极，组建p-n复合半导体，研究有机物种类，有机物浓度，电解质浓度、不同对电极对电池性能的影响，用光电化学方法测试复合半导体光电性质，得到其光电转化效率，为后续的污染物降解研究打下基础。结果表明：1)电沉积法沉积P型半导体CuBi2O4膜最优制备条件：沉积电压-0.5V，沉积时间6min，沉积液浓度8 mmol·L-1 Bi(NO3)3和4 mmol·L-1 Cu(NO3)2混合液，煅烧温度500℃。在以上条件下制得的CuBi2O4膜光电性能最好；制备的CuBi2O4膜在碱性和中性溶液中表现出较好的光电化学性能，并不适宜在酸性溶液中使用，进行光催化时可以施加-0.2V左右的负偏压，在此光电催化条件下电流最大，对污染物的处理效果理论上会有所提升。2)苯酚作为有机底物时，具有更强的吸电子能力，使得p-n复合半导体具有更为优异的电荷分离与传输性能和更低的电荷复合几率，光电性能最高。对于不同浓度的苯酚+Na2SO4溶液，p-n复合半导体的I-V曲线均表现出相似的变化趋势：当外加偏压较低时，光电流随着电压的上升而增大。选择0.1 mol·L-1苯酚+0.1mol·L-1 Na2SO4溶液为p-n复合半导体光电性能最佳时有机底物和电解液浓度，此时复合半导体的填充因子为0.158，400nm光照波长下光电转化效率效率为7.69％。