四方相鐵摻雜釩酸鉍的制備與應(yīng)用研究.pdf

1、昔日過(guò)去的幾十年里，出現(xiàn)了一種新的環(huán)境控制技術(shù)，引起了環(huán)境凈化領(lǐng)域的普遍關(guān)注。為了能夠更好的利用太陽(yáng)能，許多研究工作更傾向于在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，能夠使半導(dǎo)體光催化劑高效的發(fā)生響應(yīng)，因?yàn)榭梢?jiàn)光是組成太陽(yáng)光的重要部分，并且所占比列高達(dá)43％。關(guān)于光催化劑的應(yīng)用，至今仍存在許多亟待處理的問(wèn)題，例如少量電荷的傳遞，以及弱的表面吸附能力等等。
　　釩酸鉍(BiVO4)被認(rèn)為是而今一種前景廣闊的半導(dǎo)體光催化劑，但是自身仍有諸多的問(wèn)題，這些問(wèn)題在一

2、定范圍內(nèi)限制了它的光催化水平。為了解決這些問(wèn)題，人們研究了很多的方法試圖提高它的光催化能力。四方的釩酸鉍(t-BiVO4)，因?yàn)槠鋷?.9eV，導(dǎo)致它只能接受在紫外光范圍內(nèi)光譜，在可見(jiàn)光范圍內(nèi)幾乎沒(méi)有任何反應(yīng)，而紫外光占整個(gè)太陽(yáng)光光譜的部分還不足10％。因此，想辦法提高四方相釩酸鉍(t-BiVO4)的光催化性能，使其能夠吸收可見(jiàn)光范圍內(nèi)的光譜，成為目前研究的重點(diǎn)。我們經(jīng)過(guò)研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)四方相釩酸鉍摻雜Fe3+后，經(jīng)過(guò)測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)制備的鐵

3、元素?fù)诫s的釩酸鉍系列粉體，依然能夠保持t-BiVO4的結(jié)構(gòu)，還能夠很明顯地加強(qiáng)它的光催化活性。
　　本論文采用化學(xué)沉淀法，通過(guò)摻雜鐵元素的不同比例，合成四方相Bi(1-x)FexVO4系列粉體，而且進(jìn)一步探究其光催化能力。
　　1.四方相Bi(1-x)FexVO4系列粉體采用化學(xué)沉淀法合成，研究了不同pH值下樣品的純度和羅丹明B在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的降解情況。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，我們發(fā)現(xiàn)，在強(qiáng)酸條件下，制備出的Bi(1-x)FexVO4

4、系列粉體，依然保持著釩酸鉍的四方相結(jié)構(gòu)，并且當(dāng)鐵元素的摻雜量超過(guò)60％時(shí)，粉體的光催化性能明顯逐漸增強(qiáng)，特別是Bi03Fe07VO4這個(gè)比例粉體，光降解能力已經(jīng)明顯比單斜相的釩酸鉍粉體高。
　　2.通過(guò)第一性原理的計(jì)算，從禁帶寬度、光吸收方面，從理論上探究摻雜鐵元素之后，四方相釩酸鉍能帶的變化，經(jīng)過(guò)計(jì)算，純的四方相釩酸鉍的禁帶寬度為2.875eV，接近于實(shí)驗(yàn)上的2.9eV，而經(jīng)過(guò)理論計(jì)算后，摻雜了鐵元素之后的四方相釩酸鉍，帶隙顯著

5、減小，摻雜12.5％的鐵元素的四方相釩酸鉍，其禁帶寬度變?yōu)?.6eV，能帶間隙減小，意味著光吸收的增強(qiáng)，從理論上證明出摻雜了鐵元素的四方相釩酸鉍，光吸收增大，以致光催化性能變好，這與實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)論是一致的。
　　3.采用化學(xué)沉淀法，制備鐵元素?fù)诫s單斜相釩酸鉍的系列粉體，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)，單斜相釩酸鉍摻雜了鐵元素之后，光催化性能反倒逐漸削弱，沒(méi)有像四方相釩酸那樣，呈增強(qiáng)的趨勢(shì)，并且四方相Bi03Fe07VO4這個(gè)比例粉體，依