過渡金屬化合物光催化劑電化學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、本項目在國家“十一五”科技支撐計劃課題(批準(zhǔn)編號：2007BAE42B04)資助下，通過電化學(xué)研究方法，對光催化劑硬脂酸鐵、二茂鐵及氨基甲酸鎳等三種過渡金屬化合物及其復(fù)配物的電化學(xué)性質(zhì)進行研究，探討其催化氧化還原反應(yīng)的能力；通過環(huán)境降解實驗對其光催化效果進行了驗證；并通過摻雜氯化鐵改性釩酸鉍，得到可見光響應(yīng)的復(fù)配光催化劑。研究結(jié)果如下：
　　 (1)硬脂酸鐵在磷酸緩沖溶液中的反應(yīng)為擴散控制的準(zhǔn)可逆過程，其對H2O2的氧化起到不可

2、逆的催化作用。二茂鐵電極在磷酸緩沖溶液中的反應(yīng)也為擴散控制的準(zhǔn)可逆過程；隨著過氧化氫濃度的增加，二茂鐵氧化還原峰電流出現(xiàn)先減小后增大的現(xiàn)象，在10-4mmol/L時氧化還原峰電流出現(xiàn)最大值。之后，隨著過氧化氫濃度的增大，二茂鐵氧化還原峰電流又開始降低。氧化還原峰電位差也出現(xiàn)隨著過氧化氫濃度的增加先降低后增大的現(xiàn)象，在10-4mmol/L時氧化還原峰電位差出現(xiàn)最大值，其電位差由0.209V增大至0.326V。之后，隨著過氧化氫濃度的增大，

3、二茂鐵氧化還原峰電位差又開始降低。氨基甲酸鎳電極在磷酸緩沖溶液中的反應(yīng)為復(fù)雜的不可逆過程，其對H2O2沒有明顯的催化氧化還原作用。
　　 (2)通過對硬脂酸鐵、二茂鐵及氨基甲酸鎳等三種光催化劑進行復(fù)配，可顯著優(yōu)化光催化劑的性能。電化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合光催化劑中，二茂鐵是提供主要氧化還原電對的物質(zhì)，氨基甲酸鎳對硬脂酸鐵和二茂鐵的氧化還原有明顯的抑制作用，在氨基甲酸鎳存在的情況下，硬脂酸鐵與氨基甲酸鎳協(xié)同作用對二茂鐵的氧化還原起到更強

4、的抑制作用。其中，配比為1：4：1(硬脂酸鐵：二茂鐵：氨基甲酸鎳)的三元共混物在所有共混物中具有最強的氧化還原能力。
　　 (3)高溫固相法合成了半導(dǎo)體型光催化劑釩酸鉍，通過過渡金屬化合物氯化鐵摻雜對其進行了改性。XRD譜圖表明BiVO4和Fe/BiVO4其衍射譜與單斜型BiVO4(JCPDS標(biāo)準(zhǔn)卡No.14-0688)的標(biāo)準(zhǔn)譜幾乎完全重合。紅外譜圖表明BiVO4的特征吸收在829cm-1，標(biāo)定為VO43-的對稱伸縮振動；746

5、cm-1有一個寬而強的紅外吸收帶伴隨著在672cm-1處弱的肩峰，標(biāo)定為VO43-的變形彎曲振動，均為單斜相的特征吸收峰。DRS表征表明摻鐵釩酸鉍對可見光的吸收強度變大，光吸收范圍拓寬至500-800nm，光催化活性得到提高。電化學(xué)循環(huán)伏安法分析發(fā)現(xiàn)，在光照下，BiVO4電極和Fe/BiVO4電極均出現(xiàn)了明顯的峰電流。電化學(xué)阻抗譜分析表明，在可見光照射后，BiVO4電極的電阻較避光下有了明顯的減小，不同F(xiàn)e摻雜量的Fe/BiVO4電極的