一維和二維碳材料修飾BiVO4光催化材料的研制及性能研究.pdf

1、BiVO4是一種窄帶隙的半導體材料，具有可見光響應性，但其光生電子-空穴對容易在其表面復合，量子效率低，導致光催化去除污染物效果不佳。近幾年發(fā)現(xiàn)的一維碳納米管（CNT）和二維石墨烯（GR）兩種碳材料具有多項出眾的性能，其高導電性、高載流子遷移率和極大的比表面積，特別適合作為光催化劑的載體。在綜合分析現(xiàn)有的光催化劑及其改性技術基礎上，提出分別用碳納米管、石墨烯兩種碳材料改性修飾BiVO4，通過摻雜碳材料、對形貌和復合方式進行調(diào)控，從而降低

2、電子-空穴復合率，提高光催化劑的量子效率，達到提高污染物的去除效果的目的。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①用水熱法制備rGO/BiVO4復合材料，通過調(diào)控模板劑發(fā)現(xiàn)，采用油酸鈉做模板劑時，BiVO4形貌雜亂且rGO易團聚；當采用SDBS或SDS時，BiVO4顆粒形貌較為規(guī)則且表面光滑，rGO分散性較好并穿插在 BiVO4中，兩者結合比較緊密；當不添加任何模板劑時，BiVO4顆粒呈表面紋理粗糙的樹葉狀，尺寸約為4um， rGO均勻分散，

3、BiVO4鋪嵌在rGO片層上且兩者結合非常緊密。②表征結果顯示，采用該方法制備的rGO/BiVO4復合材料中，生成的BiVO4為單斜晶型，GO被很好地還原為rGO；；在粗糙樹葉狀形貌和高比表面積rGO的雙重作用下，樣品BiVO4-rGO擁有更大的比表面積，有望展現(xiàn)出較好的吸附性能；摻雜rGO后，BiVO4-rGO的光吸收效果提升，同時可見光響應范圍擴大；得益于rGO的優(yōu)良導電性，BiVO4-rGO在光照下的產(chǎn)生的電流強度和在固液相體系中

4、捕獲的活性自由基 O2 和 OH信號強度均高于純 BiVO4，說明該體系電子傳遞效率得到了提升，具有更好的光催化反應活性。③用水熱法制備CNT/BiVO4復合材料，通過調(diào)控模板劑、反應時間發(fā)現(xiàn)，CNT在含有 EG的體系中呈現(xiàn)出很好的分散性；當只加入模板劑EG時，小的 BiVO4晶體聚集生長為一個個爆米花形貌的大BiVO4顆粒，CNT穿插掛嵌在其中結合緊密；當加入EG和L-半胱氨酸兩種模板劑時，BiVO4晶體以另一種趨勢聚集并生長為表面粗

5、糙的、類似血紅細胞狀的大顆粒，CNT同樣緊緊包裹掛嵌在其表面，結合緊密；隨著反應時間的增加，BiVO4顆粒的繼續(xù)生長，尺寸也進而變大。④表征結果顯示，制備的CNT/BiVO4復合材料中，生成的BiVO4為單斜晶型；摻雜CNT后，形貌不同的BiVO4-CNT-EG和BiVO4-CNT-EG-L的比表面積數(shù)值都顯著增大，兩者在200~470nm的光吸收能力出現(xiàn)都一定程度削弱，但在470nm以后的光區(qū)吸收增幅很大，對比之下 BiVO4-CNT

6、-EG-L的吸附性能和光吸收響應性能表現(xiàn)更佳；得益于CNT的優(yōu)良導電性， BiVO4-CNT-EG-L在光照下的產(chǎn)生的電流強度以及活性自由基 O2和OH信號強度也高于純 BiVO4，表明該體系電子傳遞效率得到了提升，具有更好的光催化反應活性。⑤對于RhB的降解，BiVO4-CNT-EG-L具有吸附優(yōu)勢，而BiVO4-rGO的光降解性能更好；對于苯酚的降解，BiVO4-rGO、BiVO4-CNT-EG、BiVO4-CNT-EG-L的光催化

7、降解效果均較好，互相差別不大，但后兩者形貌結構更具優(yōu)勢因此吸附性能更突出。同樣反應時間下苯酚的降解率低于RhB，其原因是RhB降解的第一步是羧基、氨基基團和苯環(huán)的脫離分解，而苯酚的第一步是苯環(huán)的斷裂，苯環(huán)具有極強的穩(wěn)定性，因此苯酚降解的第一步更難啟動。⑥復合光催化劑的吸附效果隨著碳材料rGO或CNT摻雜量的升高而提高，但摻雜量過高時，過量的rGO或CNT一方面會阻擋到達BiVO4表面的光輻射量，另一方面GO或CNT過多反而容易給電子空穴