氧缺陷型Bi2WO6-x和BiVO4-x的制備及可見光催化性能.pdf

1、環(huán)境污染是21世紀(jì)全球經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中所遇到的重大社會問題之一，同時也是科學(xué)家們研究的熱點(diǎn)問題之一。半導(dǎo)體光催化技術(shù)以其綠色環(huán)保、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在應(yīng)對和解決以上此類問題方面越來越受到人們的關(guān)注。
　　本文以Bi2WO6、BiVO4研究對象，主要采用簡便的H2還原處理方法在其結(jié)構(gòu)中引入氧缺陷，氧缺陷的引入可以改變Bi2WO6、BiVO4半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)，縮小禁帶寬度，拓展可見光吸收；同時，增加表面化學(xué)吸附氧活性物種的含量，提高光生

2、載流子的分離效率，從而最終提高其可見光催化活性。此外，在上述研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用乙二醇溶劑熱法，制備具有較大比表面積的氧缺陷型Bi2WO6-x，氧缺陷的引入改變了Bi2WO6的能帶結(jié)構(gòu)，增加其表面化學(xué)吸附氧活性物種的含量，縮小催化劑的晶粒大小，增加比表面積。一定程度上實(shí)現(xiàn)了高可見光利用率、高光生載流子分離效率、多表面活性位點(diǎn)的目標(biāo)，大幅度地提高了Bi2WO6、BiVO4半導(dǎo)體化合物的可見光催化性能。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　

3、（1）采用簡便的H2氣氛熱處理的方法，在Bi2WO6結(jié)構(gòu)中引入氧缺陷，通過控制熱處理溫度以調(diào)控氧缺陷濃度，并以光催化降解氣相苯的活性評價測試為參考，確定H2熱處理的最佳溫度點(diǎn)。結(jié)果表明：最佳H2熱處理溫度為200℃，氧缺陷的引入致使Bi2WO6導(dǎo)帶下降、價帶上升，禁帶寬度縮小，可見光吸收強(qiáng)度和范圍增大，且表面化學(xué)吸附氧活性物種含量提高了2.4倍，光生載流子分離效率明顯提高，可見光催化降解氣相苯的轉(zhuǎn)化率提高到25.9％，礦化率達(dá)81.4%

4、，可見光催化降解性能大幅提高。
　?。?）以乙二醇為溶劑，原位制備氧缺陷型Bi2WO6-x。在溶劑熱反應(yīng)過程中，由于乙二醇的粘度和密度較大、極性較弱，減小了Bi2O22+和WO42-的接觸幾率，抑制了Bi2WO6晶粒的團(tuán)聚和長大，同時，在乙二醇弱還原作用下，逐漸形成氧缺陷型Bi2WO6-x。測試分析結(jié)果表明：乙二醇溶劑熱制備的Bi2WO6顆粒大小～50 nm，氧缺陷的引入導(dǎo)致導(dǎo)帶下降、價帶上升，禁帶寬度縮小，可見光吸收性能顯著提高

5、；表面化學(xué)吸附氧活性物種的含量增加了1.1倍，光生載流子分離效率大幅提高，可見光催化降解氣相苯的轉(zhuǎn)化率和礦化率分別提高至52.5%、80.6%，分別提高了72%和84%。
　?。?）同樣采用 H2氣氛熱處理BiVO4，在 BiVO4結(jié)構(gòu)中引入氧缺陷。通過改變 H2熱處理的溫度，以控制BiVO4結(jié)構(gòu)中氧缺陷的相對含量，調(diào)整BiVO4能帶結(jié)構(gòu)，增加可見光吸收，提高表面化學(xué)吸附氧活性物種含量，從而達(dá)到改善BiVO4可見光催化性能的目的。