多晶型AgVO3的可控合成及光催化性能研究

来源 :曲阜师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lyzhanhun
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在影响光催化剂活性的众多因素中,晶相结构由于直接关系到光生载流子的产生、分离和传输等特性,被认为是光催化活性诱因的根本原因之一。许多多晶型光催化剂如TiO2、Ga2O3、WO3、Bi2O3、BiVO4等因为具有多种晶相结构而表现出显著的光催化活性差异。AgVO3作为一种间接带隙半导体,主要应用于电池、气敏传感器、光催化等领域,近年来受到了研究者的广泛关注。AgVO3也是一种多晶型半导体材料,主要有α,β,γ和δ四种晶相结构被报道,其中γ-和δ-AgVO3报道较少且停留在理论研究阶段,α-AgVO3尽管具有较好的灭菌性能但在光催化降解染料以及分解水产氧方面几乎无催化活性,β-AgVO3研究最广泛且对RhB、MB等有机染料具有良好的可见光光催化活性。除此之外,还有一些未知结构的AgVO3作为杂质相出现。由此可见,高纯度和多晶型AgVO3光催化剂的合成及其构效关系研究对于光催化基本原理的理解和高效光催化剂的开发具有重要意义。由于在合成化学方面的局限性,目前还未有系统比较AgVO3各种晶型的光催化活性和晶相结构关联的研究。本论文首先采用简单水热法合成了一种鲜有报道的高纯度亚稳相AgVO3,我们将其命名为α’-AgVO3,系统研究了α’-AgVO3的晶体结构以及光化学性质;进而将其与两种常见的α和β-AgVO3进行了比较,详细研究了三种晶型AgVO3纳米材料的光催化性能,并从晶体结构和电子结构等角度详细解释了多晶型AgVO3光催化性能差异的原因。本论文不仅发展了一种通过简单液相化学法制备亚稳相AgVO3材料的新途径,还丰富和拓展了多晶型AgVO3的光催化应用及构效关系研究。具体研究内容如下:(1)通过在反应体系中引入I-的方式,在简单水热条件下制备了一种鲜有报道的高纯度亚稳相AgVO3,我们将其命名为α’-AgVO3。XRD精修结果显示α’-AgVO3为正交晶系,空间群为Pnma(62),a=14.3492(4)?,b=3.5949(2)?,c=5.1598(2)?,V=266.16(1)?,Z=4。利用DFT理论计算对其能带结构进行分析发现α’-AgVO3为间接带隙半导体,Eg=1.93 e V,表明α’-AgVO3是一种潜在的可见光催化材料。α’-AgVO3在热处理过程中显示出亚稳相特征,原位XRD和热重结果表明其在350°C时开始发生相转变,500°C时完全转化为热力学稳定的β相。进一步我们结合Raman和XPS技术,证实I-在α’-AgVO3的形成过程发挥了重要作用。高纯度α’-AgVO3的发现丰富了AgVO3的多态性,对AgVO3材料的合成化学以及性质研究具有重要意义。(2)采用简单的溶液化学法,调控合成出了三种晶型的AgVO3纳米材料:α-、β-和α’-AgVO3。利用XRD、SEM、XPS、Raman等表征手段对其晶相、组成、形貌、以及光学性质进行了表征。以罗丹明B(RhB)为模拟污染物,考查了三种AgVO3在可见光照射下的光催化活性。结果发现α’-AgVO3在可见光照射下具有优异的光催化性能,光催化降解速率大约为α-和β-AgVO3的6倍。进一步系统对比了三种晶型AgVO3的晶体结构和电子结构,将α’-AgVO3具有优异光催化活性的原因归结于其极度扭曲的多面体结构以及高度弥散的能带结构更加有利于光生载流子的分离。
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