【摘 要】
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BiVO4因其合适的能带结构和成本低等特点在光催化领域备受青睐。然而,容易复合的光生载流子和不充足的催化活性位点严重限制了BiVO4的光催化性能。晶面工程结合助剂修饰能有效改善上述问题,已成为改善光催化性能的优势策略。因此本论文研究了选择性修饰的Ni S/BiVO4和Cu@Au/BiVO4光催化剂的合成,并探索其光催化性能与机理。详细研究结果如下:第一,首先通过水热法制得单晶BiVO4光催化剂。随
【基金项目】
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国家自然科学基金(51472192); 武汉理工大学在校研究生自主创新研究项目(185220002); 国家自然科学基金(面上项目)“高活性暴露面银基光催化材料的可控制备及稳定性增强研究”(51672203); 国家自然科学基金(面上项目)“助剂-石墨烯协同效应型光催化材料的制备及其对钛酸酯的降解
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BiVO4因其合适的能带结构和成本低等特点在光催化领域备受青睐。然而,容易复合的光生载流子和不充足的催化活性位点严重限制了BiVO4的光催化性能。晶面工程结合助剂修饰能有效改善上述问题,已成为改善光催化性能的优势策略。因此本论文研究了选择性修饰的Ni S/BiVO4和Cu@Au/BiVO4光催化剂的合成,并探索其光催化性能与机理。详细研究结果如下:第一,首先通过水热法制得单晶BiVO4光催化剂。随后,利用硫调控的光沉积法实现Ni S助剂在BiVO4(010)面的选择性修饰。其原理如下:根据Nernst方程,S/Ni S的还原电位(0.096 V)比BiVO4的导带底电位(0.03 V)更正。在静电吸附作用下,(010)面的光生电子优先结合Ni2+与周围的S分子生成Ni S并沉积在BiVO4的(010)面。光催化测试结果表明:选择性修饰Ni S助剂后,有效提高了BiVO4光催化降解性能。提出以下光催化机理:晶面工程实现光生载流子的分离并使其定向传输,Ni S助剂提供更多的活性位点加快催化还原反应。第二,首先通过水热法制得单晶BiVO4光催化剂。其次,利用光沉积法实现Cu在BiVO4(010)面的选择性修饰,最后通过置换法将Cu@Au助剂选择性修饰在BiVO4(010)面。光催化测试结果表明:Cu@Au助剂显著增强了BiVO4的光催化产H2O2性能,其中100 mg Cu@Au/BiVO4(1:1)在5 vol%甲醇体系的光催化产H2O2性能高达91.1μmol L–1。由此,提出以下光催化机理:晶面工程促使光生载流子分离并定向传输。Cu的引入不仅使Cu@Au/BiVO4获得了较低的肖特基势垒从而加快界面电荷转移,而且改变了Au的电子结构从而增强了Au的催化活性。最后,Au作为还原反应的活性位点有效促进了界面催化还原反应。
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