低維釩酸鹽異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料的制備及性能研究.pdf

1、現(xiàn)代社會(huì)中,人們對(duì)保護(hù)生活環(huán)境、節(jié)約稀缺能源的意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)烈,快速有效的治理環(huán)境污染、尋求和開(kāi)發(fā)更豐富的替代能源成為人們首考慮的重點(diǎn)。太陽(yáng)能,沒(méi)有地域限制、不需開(kāi)采和運(yùn)輸、不會(huì)造成二次污染,這完全符合可持續(xù)發(fā)展的要求。在水污染治理方面,由于半導(dǎo)體光催化材料可以利用太陽(yáng)能降解有機(jī)染料和其他污染物而引起了人們的關(guān)注。隨著半導(dǎo)體光催化劑研究的日益深入,人們開(kāi)始探索新型的可見(jiàn)光響應(yīng)型光催化劑,其中,釩酸鹽類納米材料就很有應(yīng)用潛力和發(fā)展前景。

2、r>　　本論文依據(jù)傳統(tǒng)TiO2光催化材料的研究理論,查閱了大量近幾年關(guān)于新型可見(jiàn)光光催劑的文獻(xiàn),通過(guò)選用不同的方法、嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)參數(shù)達(dá)到合成低維納米材料、控制異質(zhì)結(jié)構(gòu)型的目的。使得到的材料不僅具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,更重要的是性能穩(wěn)定。本論文研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)InVO4的靜電紡絲法制備和光催化性能研究
　　使用聚乙烯吡咯烷酮為粘結(jié)劑,采用靜電紡絲法,首次成功制備了兩種不同形貌的低維正交相 InVO4納米光催

3、化劑:不添加絡(luò)合劑,直接選用InVO4前驅(qū)體懸濁液來(lái)配置溶膠進(jìn)行電紡,得到了均勻的InVO4納米顆粒;使用檸檬酸為絡(luò)合劑,選用均質(zhì)透明的InVO4前驅(qū)體溶液配置溶膠進(jìn)行電紡,得到的是 InVO4納米纖維。通過(guò)各種手段對(duì)樣品進(jìn)行了表征,結(jié)果表明所制備的正交相 InVO4都具有良好、穩(wěn)定的光催化性質(zhì),并且樣品可多次循環(huán)使用。
　　(2)InVO4的水熱合成和光催化性能研究
　　首先以InCl3、NH4VO3為原料,采用水熱法合成

4、了InVO4納米顆粒,并研究了水熱條件對(duì)晶相和形貌的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,當(dāng)溶液初始pH為4,200℃水熱反應(yīng)24 h制備的標(biāo)號(hào)為V3的正交相InVO4樣品,無(wú)論是分散程度還是光催化降解亞甲基藍(lán)的效果都是最好的。
　　改變初始銦源,以硝酸銦和偏釩酸銨為原料,在無(wú)任何有機(jī)添加劑的情況下,采用水熱法合成了由InVO4納米單晶自組裝而成的介孔多級(jí)微球,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)條件對(duì)介孔球的形成有重要的影響。通過(guò)掃描照片跟蹤多級(jí)微球形成過(guò)程發(fā)現(xiàn),這種多級(jí)微

5、球的生長(zhǎng)過(guò)程主要分為定向自組裝和Ostwald熟化兩個(gè)階段。多級(jí)微球內(nèi)部和表面存在大量孔,只有當(dāng)孔徑和孔容的大小適當(dāng),才能保證有效捕獲光子并在多級(jí)球內(nèi)部形成光的散射。在光催化過(guò)程中,這種多孔結(jié)構(gòu)還能輕松捕獲溶液中的有機(jī)高分子,使其被快速降解掉。
　　(3)釩酸鹽異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料的合成和光催化性能研究
　　a.InVO4/BiVO4的水熱法合成及光催化性能研究
　　首先,通過(guò)沉淀法制備了單斜相 BiVO4粉末。然后通過(guò)水

6、熱法對(duì)其進(jìn)行了InVO4復(fù)合,形成n-n型異質(zhì)結(jié),其中銦元素來(lái)自In(NO3)3。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,將InVO4前驅(qū)體懸濁液與BiVO4混合均勻,成功地實(shí)現(xiàn)了BiVO4與InVO4納米單晶共同的定向自組裝,得到了包裹式多孔顆粒。將所得樣品與商業(yè) P25進(jìn)行了光催化對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:包裹式異質(zhì)結(jié)的表面結(jié)構(gòu)和兩種半導(dǎo)體的接觸方式確實(shí)有利于減少光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合;與P25相比,新型InVO4/BiVO4光催化劑不僅在紫外光區(qū)域有降解作用,可見(jiàn)

7、光下的光催化活性更高,在利用太陽(yáng)光進(jìn)行環(huán)境清潔方面更具實(shí)用價(jià)值。
　　b.Co3O4/BiVO4的靜電紡絲法制備及其光催化性能研究
　　以檸檬酸為絡(luò)合劑,采用靜電紡絲法成功制備了珠鏈狀BiVO4。掃描圖片顯示只有當(dāng)n(檸檬酸)/n(BiVO4)=2:1時(shí),才能得到顆粒均勻且彼此連接的珠鏈狀,樣品整體為錯(cuò)綜的交叉網(wǎng)氈,上面多孔,可以增強(qiáng)光催化劑的表面吸附力。通過(guò)靜電紡絲法,我們還得到了分散性較好的Co3O4/BiVO4復(fù)合納米