BiVO4晶面异质结的构筑及其光催化性能研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:cnars
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半导体光催化技术的飞速发展有望解决能源问题和环境问题。传统的TiO2材料因其带隙较宽,在光催化领域受到了很大的限制。BiVO4因其适宜的带隙、易制备、成本低廉以及无污染等优点受到了人们的广泛关注。但是,BiVO4存在光生载流子易复合而导致光催化效率过低的缺点。因此,如何抑制光生载流子的复合已经成为当前光催化领域研究的热点问题。本文首先采用水热法制备了活性晶面暴露比不同的单斜相BiVO4,再利用水热法沉积CdS和光沉积法沉积Au-CdS,构建异质结光催化剂,来研究晶面调控、贵金属沉积以及异质结的构筑对其光催化活性的影响。主要研究内容如下:(1)晶面调控单斜相钒酸铋样品可控合成高暴露活性晶面用于提高样品的光催化效率半导体光催化剂的活性受材料表面原子结构的影响较大,因为反应物的吸附、产物的脱附、光生电子和反应物之间的转移,这些在本质上均受到表面原子排列的影响,并且晶面取向的不同会改变表面原子的排列顺序,由此可见,光催化剂的活性对活性晶面暴露比的变化非常敏感。为此,本实验通过调节前驱体溶液的pH以及水热反应反应条件合成晶面暴露比不同的BiVO4。实验研究表明,高暴露{010}晶面的BiVO4样品更有利于光生载流子的分离,其可见光条件下分解水产氧速率达到了1.813mmol/g/h,其对于有机污染物的降解也高于传统BiVO4。(2)晶面调控单斜相钒酸铋光催化剂构筑异质结可以有效分离界面电荷,提高光催化效率构建异质结复合材料体系可以有效提高BiVO4光催化活性。光生电子会从一种半导体高的导带能级传输到另一种半导体较低的导带能级上,克服电荷转移障碍进而抑制了光生电子-空穴对的复合,促进了光生载流子的分离和迁移。为此,本实验在BiVO4表面利用水热法沉积CdS和光沉积法沉积Au@CdS。研究表明,沉积在电子面的CdS在光激发下产生的光生空穴会与BiVO4产生的光生电子结合,促进光生载流子的分离。构筑异质结可以显著提高半导体光催化剂的催化活性,BiVO4-Au@CdS光催化分解水产氧的速率达到了3.265mmol/g/h,而且其光催化降解罗丹明B的速率也有所提升。
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