鉍系氧化物薄膜制備及光電性能研究.pdf

1、鉍系氧化物由于其具有無毒，可見光響應(yīng)，儲量豐富等優(yōu)勢而被認(rèn)為是一種在光催化領(lǐng)域有研究前景的光催化材料。目前對其的研究主要集中在粉體光催化劑上，而其在降解過程中存在著在水中易凝聚、失去活性、使光的穿透力受阻，難于分離和回收和不適用于連續(xù)流體體系等問題限制了其在光催化領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。而采用適當(dāng)?shù)姆椒▽G系氧化物制備成薄膜便有望突破上述限制。為此本工作采用靜電誘導(dǎo)層層自組裝和旋涂法的方法合成鉍系氧化物薄膜，研究了其工藝對其形貌結(jié)構(gòu)，光電性能，

2、催化效果等的影響，探討 BiVO4薄膜的生成機理，研究薄膜的光電性能與光催化性能之間的聯(lián)系；揭示其內(nèi)部電荷運動規(guī)律以及催化機理。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴用靜電誘導(dǎo)層層自組裝的方法制備單斜相BiVO4薄膜。前驅(qū)液濃度為0.01 mol/L，晶化溫度為500 oC時制備的單斜相BiVO4薄膜具有較高的光生電子-空穴分離率和電荷轉(zhuǎn)移效率，可見光下照射180 min后對羅丹明B降解率為26％。反應(yīng)初期，功能化的基板誘導(dǎo)吸附[Bi(NO

3、3)3VO2]+膠粒，形成[Bi(NO3)3VO2]-O-FTO前驅(qū)薄膜層，前驅(qū)液中酸性的逐漸減弱，溶液中形成電中性的 BiOVO3膠核，被基板上[Bi(NO3)3VO2]層誘導(dǎo)吸附，形成(BiOVO3)[Bi(NO3)3VO2]層，隨著時間的增加溶液的zeta電位逐漸增加，形成[(BiOVO3)NO3]-膠粒，被基板上(BiOVO3)[Bi(NO3)3VO2]層誘導(dǎo)吸附，形成[(BiOVO3)NO3](BiOVO3)[Bi(NO3)3

4、VO2]層，隨著時間的增加，前驅(qū)液中NH3+，被進(jìn)一步吸附，形成NH3[(BiOVO3)NO3](BiOVO3)[Bi(NO3)3VO2]層，晶化處理后形成BiVO4薄膜。⑵用靜電誘導(dǎo)層層自組裝的方法制備出BiVO4/TiO2復(fù)合薄膜。復(fù)合薄膜中BiVO4與TiO2之間形成了類p-n結(jié)的界面結(jié)構(gòu)，電子從BiVO4向TiO2方向傳遞、空穴從TiO2向BiVO4方向傳遞。光照瞬間復(fù)合薄膜沒有出現(xiàn)明顯的陽極尖峰表面電子復(fù)合率降低。復(fù)合薄膜與單

5、一薄膜相比擁有高的氧化能力和載流子濃度。⑶用旋涂法制備CeO2/CexBi2-xWO6電極薄膜，發(fā)現(xiàn)CeO2/CexBi2-xWO6異質(zhì)結(jié)形成的負(fù)光電流現(xiàn)象與光催化過程中空穴和超氧自由基為活性物種有關(guān)，異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的存在增加了光生電子-空穴分離率以及減少了電荷轉(zhuǎn)移時間。CeO2/CexBi2-xWO6光催化效果改善的因素主要是由于異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)光生促進(jìn)電荷和Ce3+的取代導(dǎo)致光生電子-空穴的復(fù)合過程的延緩。⑷微波溶劑熱中乙醇和Er3+能抑制B

6、i2WO6的形成。煅燒后形成高結(jié)晶性的Er3+摻雜Bi2-xErxWO6晶體，用旋涂法制備將Bi2-xErxWO6光電極。Er3+摻雜使 Bi2-xErxWO6電極表面光電子復(fù)合率增加為70.93%和表面光電流增加，具有較高的氧化能力和可移動電子。電極的電荷轉(zhuǎn)移電阻從1415 kΩ減到826.1 kΩ，表明電子-空穴分離率較強。電極在波長為542 nm和654 nm處出現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換特征峰。其光電流較大的原因主要是由于Er3+摻雜引入了大量