新型钒酸盐系光催化剂的制备及改性研究

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面对近年来日益严重的环境污染问题,越来越多的人力、物力和财力被投入到环境治理研究当中。光催化剂材料及其光催化氧化技术作为目前综合效率最高的环境治理手段,正越来越受到人们的重视。本实验采用低温熔盐法,以偏钒酸钠(NaVO3·2H2O)为V源,以氯化铋(BiCl3)为Bi源、硝酸镧(La(NO33·6H2O)为La源,制备了BiVO4和LaVO4光催化剂粉体,并通过XRD、SEM、TEM和UV-Vis等表征手段对其晶体结构、微观形貌和光吸收性能进行了分析研究。在此基础上以硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)为添加物,采用水热合成法制备了Cu/BiVO4复合光催化剂粉体,分析研究了Cu离子掺杂对BiVO4光催化性能的影响。(1)BiVO4光催化剂粉体XRD谱图分析显示,200℃条件下制备的BiVO4为四方晶相,270℃以后制备的BiVO4均为单斜晶相。SEM图片表明,随着煅烧温度的提高和熔盐比的增加,颗粒粒径不断减小。UV-Vis谱图显示,BiVO4在紫外光区和可见光区均具有良好的光吸收性,单斜晶相BiVO4的可见光吸收区域比四方相BiVO4更宽。(2)LaVO4光催化剂粉体XRD谱图分析显示,不同工艺条件下所制备的LaVO4均为单斜晶相。TEM图片表明,煅烧温度的提高能促进LaVO4粉体的结晶发育、提高结晶度;相比于不添加熔盐,添加熔盐后能显著提高LaVO4粉体的结晶度。UV-Vis谱图显示,LaVO4粉体的最大光吸收边在紫外光区,随着煅烧温度的提高,其吸收边发生了相应的红移。(3)Cu/BiVO4复合光催化剂粉体的XRD谱图分析显示,Cu离子掺杂没有改变BiVO4的晶型,Cu/BiVO4为单斜晶相。Cu离子在Cu/BiVO4复合体中以CuO的形式存在,且其仅复合在BiVO4晶体的表面,而并未进入晶格内部。SEM图片表明,掺杂Cu离子以后颗粒粒径大幅减小。UV-Vis谱图显示,Cu/BiVO4的光吸收边在约620nm处,且其在600800nm的可见光区仍具有较高的光吸收强度,表现出比纯BiVO4更好的光吸收性和更高的光催化活性。
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