磷酸鉍納米光催化劑的可控制備與改性.pdf

1、基于大的偶極矩，單斜相磷酸鉍（BiPO4，空間群：P21/n）作為光催化劑在紫外光下具有優(yōu)于 P25（商業(yè)二氧化鈦）的光催化降解染料活性；并且它具有廉價(jià)，穩(wěn)定，耐光腐蝕的特點(diǎn)。此外，BiPO4中的磷酸根（PO43-）具有誘導(dǎo)效應(yīng)，可以產(chǎn)生內(nèi)建電場(chǎng)以促進(jìn)光生載流子的傳遞與分離。因此，BiPO4在近幾年受到研究者的廣泛關(guān)注。然而，一方面，由于BiPO4的禁帶寬度過(guò)大（約3.8~4.2 eV），不能被可見(jiàn)光激發(fā)，使其光響應(yīng)受到限制；另一方面，

2、光生電子與空穴的分離效率需要進(jìn)一步得到提高。目前，提高BiPO4的光量子效率及光能利用率是對(duì)其實(shí)施改性的兩大目標(biāo)。
　　在此研究背景下，本實(shí)驗(yàn)通過(guò) PO43-表面修飾和與半金屬進(jìn)行復(fù)合兩種方法，分別制備出了紫外光活性提高的BiPO4與具有可見(jiàn)光活性的Bi/BiPO4復(fù)合物。研究中，通過(guò)液相降解染料甲基橙（MO）、氣相降解一氧化氮（NO）對(duì)所制備樣品的光催化活性進(jìn)行評(píng)價(jià)；與此同時(shí)，使用 X-射線(xiàn)衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SE

3、M）、透射電子顯微鏡（TEM）、傅里葉紅外光譜儀（FTIR）、紫外可見(jiàn)漫反射光譜儀（UV-vis DRS）、X-射線(xiàn)光電子能譜儀（XPS）、光致發(fā)光光譜（PL）、熱重分析（TGA）等對(duì)樣品的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征，使用電化學(xué)工作站對(duì)樣品的光電性能進(jìn)行了測(cè)試，并進(jìn)一步利用電子順磁共振波譜儀對(duì)催化過(guò)程中的活性氧化自由基進(jìn)行了鑒定，由此推測(cè)出光催化機(jī)理。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：
　　1.采用水熱法，制備出紫外光活性大幅提高的 PO43-表面修

4、飾 BiPO4。通過(guò)PO43-表面修飾，樣品結(jié)晶度更加良好，形貌更均一。PO43-修飾作為一種改性方法，其對(duì)水的強(qiáng)烈吸附使得樣品表面H2O增多，有利于捕獲光生空穴形成羥基自由基（?OH），進(jìn)一步促進(jìn)空穴與電子的分離，有效提高BiPO4降解MO的光催化性能。
　　2.采用溶劑熱法，控制不同的溶劑熱反應(yīng)時(shí)間，制備出一系列Bi含量不同的Bi/BiPO4復(fù)合物。局域表面等離子體（SPR）效應(yīng)使得從Bi轉(zhuǎn)移到BiPO4的熱電子增多，促進(jìn)了主