钒酸铋复合材料的制备及性能研究

来源 :辽宁石油化工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:cmudh134
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半导体作为光催化剂在利用太阳能解决能源危机和环境恶化等方面受到了人们的广泛重视。如何制备出高催化活性,价格便宜,易合成的可见光催化剂成为人们的研究焦点。钒酸铋因具有较窄的禁带宽度(2.4eV),较高的催化活性,且价格低廉等特点而被广泛应用于光催化领域。为了进一步提高其光催化活性,本文利用不同的非贵金属与钒酸铋进行复合,并对其光催化活性进行了研究。具体研究内容如下:(1)以P123为模板剂,采用水热合成法及后续煅烧制得不同负载比例的镍铝复合金属氧化物/钒酸铋复合材料(NiAl-MMO/BiVO4)。NiAl-MMO源于其前体:碳酸根型镍铝水滑石(NiAl-CO3 LDHs)。研究发现,负载复合金属氧化物之后,不仅可以扩大了对可见光的吸收范围,同时也光生电子和空穴的复合率也明显下降;在可见光照射下,对模拟油中的噻吩进行光催化氧化,实验发现,当NiAl-MMO与BiVO4的摩尔比为0.2:5时,对噻吩的转化率可达95.4%。这是由于NiAl-MMO/BiVO4复合材料之间形成了p-n异质结构,有效促进了电子的转移,抑制了电子和空穴的复合,从而大大提高了光催化性能。(2)以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为模板剂,采用水热法制备出星型钒酸铋。再以氯化铁(FeCl3·6H2O)作为铁源,分别制得了不同复合比例非晶FeOOH/BiVO4(A-FeOOH/BiVO4)和β-FeOOH/BiVO4。在可见光下,对不同比例的复合催化剂进行光解水产氧性能测试。实验结果表明:复合催化剂的产氧性能均高于纯钒酸铋,其中A-FeOOH/BiVO4(8 wt%)和β-FeOOH/BiVO4(5 wt%)的性能最好,其产氧速率分别为1206.3μmol h-1 g-1和636.5μmol h-1 g-1,是BiVO4(162.3μmol h-1 g-1)的7.4倍和3.9倍。并通过XRD、XPS、SEM、TEM等对复合材料进行结构和形貌的检测,发现复合FeOOH后并不改变BiVO4的结构,从HRTEM中观察到A-FeOOH/BiVO4复合光催化剂外表面包覆了一层均匀的非晶层;而β-FeOOH/BiVO4则是包覆着薄厚不一的结晶层。通过UV-Vis、PL分析、瞬时光电流测试以及阻抗测试,测试结果表明:复合光催化剂对光吸收范围更大、吸收强度更强,对光生电子和空穴的分离能力增加。其中由于非晶结构具有更窄的禁带宽度,内部原子的排序无周期性,这些特点可以使其光吸收范围更广,促进电子转移和提供更多的活性位,进而增强光催化性能。
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