BiVO4納米材料的制備及光催化性能研究.pdf

1、BiVO4有三種主要的晶體結(jié)構(gòu)，分別是四方晶系白鎢礦型(簡(jiǎn)寫(xiě)為BiVO4(s-t)，高溫相）、四方晶系硅酸鋯型(簡(jiǎn)寫(xiě)為BiVO4(z-t))和單斜晶系白鎢礦型(簡(jiǎn)寫(xiě)為BiVO4(s-m))，在一定反應(yīng)條件下，這三種結(jié)構(gòu)是可以相互轉(zhuǎn)化的。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)從四方晶系硅酸鋯結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為單斜白鎢礦結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變溫度為670-770K，而單晶白鎢礦結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆桨祖u礦結(jié)構(gòu)的溫度為528K。在以上三種結(jié)構(gòu)中，單斜晶系白鎢礦型BiVO4的帶隙為2.3～2.4e

2、V，四方鋯石型BiVO4的帶隙為2.9eV，且四方相BiVO4僅僅在有紫外光區(qū)(300nm＜波長(zhǎng)λ＜380nm)有吸收帶，而單斜晶系白鎢礦型BiVO4在紫外區(qū)和可見(jiàn)光區(qū)(波長(zhǎng)λ＞420nm)均有明顯的吸收帶，而且在可見(jiàn)光催化下表現(xiàn)出比四方晶系BiVO4更高的催化活性。原因在于單斜相BiVO4中的Bi3+在6s2軌道上產(chǎn)生孤對(duì)電子，對(duì)Bi-O多面體造成部分形變所致。BiVO4材料的紫外光催化主要是由電子從O2p軌道躍至V3軌道來(lái)完成;而可

3、見(jiàn)光催化過(guò)程是借助電子從Bi6s或Bi6s/O2p雜化軌道躍遷至V3軌道來(lái)完成。
　　 本論文采用水熱合成的方法合成BiVO4及S摻雜BiVO4粉體。研究了合成條件，摻雜量等因素對(duì)形貌及性能的影響，并利用多種測(cè)試方法和分析手段對(duì)水熱合成產(chǎn)物的微觀(guān)結(jié)構(gòu)、物相組成等進(jìn)行了表征。
　　 (1)選用表面活性劑OP-10作為添加劑，用水熱法在180℃，保溫15h合成了BiVO4粉體，考察OP-10的添加量對(duì)產(chǎn)物形貌的影響和產(chǎn)物物相

4、的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，未添加OP-10時(shí)所得到的BiVO4樣品呈現(xiàn)出表面光滑，形貌規(guī)整的多面體結(jié)構(gòu)，多面體的長(zhǎng)寬約為3～5μm，厚度約為1～2μm。隨著乳化劑量的添加，BiVO4樣品的單個(gè)顆粒逐漸變小，當(dāng)添加乳化劑到一定量時(shí)，誘導(dǎo)合成了圓球形貌BiVO4。從獲取優(yōu)良的形貌方面來(lái)分析，添加0.77g OP-10，形貌最為均勻，得到圓球形的形貌，圓球大小為2～3μm，整個(gè)圓球形的形貌是由細(xì)小的BiVO4顆粒組裝在一起形成的，顆粒大小100～

5、200nm。
　　 (2)水熱法合成S摻雜BiVO4，通過(guò)改變摻雜濃度和反應(yīng)溫度合成系列S摻雜BiVO4粉體，探索S元素對(duì)產(chǎn)物物相及微觀(guān)形貌的影響。整個(gè)XRD圖譜中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)S或其氧化物的衍射峰，說(shuō)明添加S只是促進(jìn)了BiVO4晶型的轉(zhuǎn)變，并沒(méi)有改變BiVO4物相。從形貌方面而言，實(shí)驗(yàn)獲得了一系列特殊形貌的BiVO4，例如蝴蝶狀，花球狀，啞鈴狀等，且這些形貌的BiVO4是由無(wú)數(shù)細(xì)小的BiVO4顆粒組裝在一起形成的，BiVO4顆粒為多

6、面體。通過(guò)光催化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在140℃，15h下合成的啞鈴狀樣品具有最好的光催化性能，在可見(jiàn)光下照射20min，MB溶液的濃度下降了50％以上，經(jīng)過(guò)100min的可見(jiàn)光照射后，樣品基本完全降解。TEM觀(guān)察顯示樣品以疏松的聚集體形態(tài)存在，這也在一定程度上決定了該樣品具有良好的吸附染料的性能。
　　 (3)將NH4VO3溶解于NaOH溶液中，增加NH4VO3的溶解度和分散性。采用水熱法合成樣品，改變合成溫度值。通過(guò)XRD分析，合成的樣