BiVO4基异质结光催化材料的制备及性能研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:weilai2010
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钒酸铋(BiVO4)作为一种新型半导体光催化材料,有三种晶体结构:单斜白钨矿型、四方白钨矿型和四方锆钛矿型。其中,单斜白钨矿型BiVO4,拥有相对较窄的禁带宽度,约为2.4 eV,对可见光吸收良好,近几年被广泛研究。但是,由于其吸附性差、形成的光生载流子易复合等原因,导致BiVO4光催化活性低。我们通过对BiVO4与其它半导体复合构建异质结进行改性来促进其光生电子和空穴对的分离,以提高光催化活性。本文以Bi(NO3)3·5H2O为Bi源,NH4VO3为V源,采用水热合成法制备了单斜白钨矿型BiVO4粉末。通过XRD、SEM、HRTEM、XPS、UV-vis DRS、PL和I-t表征手段,对Bi VO4粉末的晶型、形貌、光学吸收和光电性能进行分析。并通过降解罗丹明B(RhB)来评估BiVO4粉末的光催化活性,还进一步对复合光催化剂的光催化反应机理进行了研究。主要研究内容包括如下:(1)采用化学沉淀法制备了AgVO3/BiVO4异质结光催化材料,并对所制备的样品进行了上述表征。结果表明,以RhB为模拟污染物,在可见光下照射2 h,纯BiVO4和Ag VO3的降解率分别是13.2%和54.2%,然而,复合半导体的光催化活性达到93.3%。相比于单组分的Bi VO4和AgVO3,AgVO3/BiVO4异质结光催化剂展现出高的光催化活性。主要是由于在BiVO4和AgVO3界面形成type-II型交错式异质结,加快了光生载流子的分离效率。又通过自由基捕获试验对光催化反应机理进行了研究,结果表明,光催化剂在降解RhB的过程中,h+是起关键作用的活性物种。(2)以3-巯基丙酸(MPA)作为表面修饰剂,采用化学沉淀法制备了不同质量分数的Ag2S/BiVO4复合光催化剂并对不同质量分数的复合光催化剂进行上述表征。结果表明,以RhB为模拟污染物,在可见光下照射100min,纯BiVO4和Ag2S光催化降解效率分别为12.4%和8.5%。相比于纯BiVO4而言,Ag2S/BiVO4复合光催化剂具有更高的光催化活性。然而在BiVO4中负载Ag2S时,随着Ag2S含量的增加,复合物的光催化活性先增加后减小。当Ag2S的含量为0.5 wt%时,Ag2S/BiVO4复合光催化剂的光催化活性最好,达到95.1%。又通过机械混合法制备了0.5 wt%Ag2S+BiVO4复合光催化剂,光催化降解效率为22%。说明通过化学沉淀法制备的复合光催化剂展现出更好的光催化活性,这归结于表面修饰剂增加了BiVO4的吸附性,并在BiVO4中负载Ag2S,使Ag2S和Bi VO4之间形成合适的type-II型交错式异质结,提高光生载流子的分离效率。还进一步对Ag2S/BiVO4复合光催化剂的反应机理进行了研究,结果表明,在光催化剂降解RhB的反应中,h+和O2·-是起关键作用的活性物种。
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