窄帶隙半導體光催化劑的水熱制備及其可見光催化性能的研究.pdf

1、全球性能源危機和環(huán)境污染問題已經(jīng)引起世界各國廣泛關注，能夠有效利用太陽能實現(xiàn)光催化制氫或者光催化降解污染物的可見光催化技術及其材料的制備與應用開發(fā)，已成為材料學、化學和環(huán)境科學等領域的研究熱點，具有重要的意義。 本文在綜述窄帶隙半導體的相關研究及進展的基礎上，以鈦酸丁酯為原料，采用水熱/溶劑熱法制備技術，研究了具有可見光響應的改性TiO<,2>光催化劑以及窄帶隙半導體光催化劑BiVO<,4>與YFeO<,3>的合成工藝、物相結構

2、的調(diào)控技術以及它們的可見光催化性能，探討分析了影響可見光催化性能的因素。 以鈦酸丁酯為原料，采用溶劑熱法合成了兩類具有可見光響應能力與光催化降解特性的改性TiO<,2>光催化劑：一類是在有機溶劑中合成了表面吸附有機物的有機表面改性TiO<,2>光催化劑；另一類是以CHCl<,3>為碳源，合成了碳復合的無機表面改性TiO<,2>光催化劑。 結果表明，這兩種改性TiO<,2>光催化劑都具備類似窄帶隙光催化劑的可見光響應與可見

3、光催化降解性質(zhì)，表面吸附有機物改性TiO<,2>以及碳復合改性TiO<,2>在可見光下對甲基橙均有較高的催化性能。作為認為，上述改性TiO<,2>通過有機物與TiO<,2>的螯合作用、TiO<,2>與碳的協(xié)同作用等方式在TiO<,2>能帶中形成“摻雜能級”，從而具備了可見光響應特性。光催化實驗表明，有機物的種類與數(shù)量對有機表面改性TiO<,2>光催化劑的可見光催化甲基橙效率有一定影響；而采用碳復合的無機表面改性TiO<,2>也獲得了良好

4、的可見光催化活性。因此，研究表明可以通過改變?nèi)軇l件、添加CHCl<,3>為碳源等方法制備具有可見光響應、高催化活性的有機表面改性或者無機碳表面改性修飾的可見光響應TiO<,2>催化劑。 以硝酸鉍、偏釩酸銨為原料、氨水為礦化劑，采用水熱法在不同溫度下(150-280℃)制備了具有不同晶型、形貌及光催化性能的BiVO<,4>，總結了水熱條件下BiVO<,4>物相的制備工藝控制條件，探討了單斜純相BiVO<,4>催化劑的水熱合成規(guī)律

5、以及光催化降解特性。 實驗發(fā)現(xiàn)，反應溶液的pH值條件對BiVO<,4>物相的形成有一定影響，當pH較大時(pH=10)，會生成Bi<,2>O<,3>，而當pH值較低時，可以合成BiVO<,4>；此外，反應溫度會顯著影響B(tài)iVO<,4>的晶型與形貌，通過溫度的調(diào)節(jié)可以合成四方、單斜及四方與單斜混相的BiVO<,4>?？梢姽獯呋瘜嶒灡砻?，在pH值為5、反應時間為6 h、反應溫度大于200℃時合成的純單斜相BiVO<,4>在可見光照射

6、下對甲基橙具有很高的催化活性，同時對影響光催化的相關因素進行了研究和分析。 以硝酸釔、硝酸鐵原料、氨水為礦化劑，通過多種嘗試，在改進的實驗步驟和過程基礎上，獲得了一種能夠合成較高純度YFeO<,3>的乙醇熱制備技術與工藝條件。研究發(fā)現(xiàn)，將礦化后得到的產(chǎn)物多次過濾并放入乙醇介質(zhì)中進行乙醇熱反應處理，控制6 h的反應時間，可以通過反應溫度的調(diào)節(jié)，獲得不同晶型和形貌的YFeO<,3>的產(chǎn)物，同時發(fā)現(xiàn)，隨著反應溫度的升高，YFeO<,3