钒(钼)酸铋光催化剂的软化学合成及其性能研究

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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Bi VO4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-Bi VO4,它使罗丹明B溶液在可见光照射下50min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。
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