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多孔碳球负载BiVO_4及其改性和光催化活性研究

作　者: 杨勇
导　师: 赵伟荣
学　校: 浙江大学
专　业: 环境工程
关键词: BiVO4 异质结 碳球 水热法 可见光 光催化
分类号: X13
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


由于TiO2不能高效的利用太阳光能源,因此需要开发新的具有可见光光催化响应能力的新型催化剂。单斜晶白钨矿型BiVO4光催化剂具有天然的可见光催化活性。为了进一步提高其光催化活性,通过分析其本身的能带结构,发现BiVO4的导带仅略微在0 eV之上一点,光生电子不能轻易的被空气中的O2捕获,难以形成超氧自由基。因此需要构造异质结以提高其电子-空穴的转移速率,利用碳球负载BiVO4使其敏化且得以良好负载并便于应用。XRD、SEM、TEM、HRTEM、EDX、FTIR、PL、UV-vis DRS和CV等表征表明,通过延长水热时间(12h),可在低温(190℃)、无模板剂条件下制的窄带隙的单斜晶白钨矿型BiVO4光催化剂,其粒径大小约500nm。金属修饰BiVO4的光催化活性次序为：CuO-BiVO4>Nb2O5-BiVO4> Fe2O3-BiVO4。Nb与V原子性质相近,Nb可取代BiVO4中部分V的位置,形成晶格缺位,致使电子更易被激发,从而提高其光催化性能。CuO与BiVO4形成p-n异质结,提高了光生电子的转移速度,降低了电子与空穴的复合率,可进一步提升反应效率。碳球(CS)主要有以下作用：(1)吸附作用,增加污染物与催化剂的接触率；(2)敏化作用,减小CuO-BiVO4的禁带宽度；(3)充当电子阱,捕获电子,并降低电子-空穴复合率,提高氧化效率；(4)充当散热器(heat sinks),减小晶粒大小；(5)作为载体,改善催化剂的使用性能。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-10
1 绪论  10-23
  1.1 引言  10
  1.2 光催化材料及技术概述  10-12
    1.2.1 光催化技术的研究背景  10-11
    1.2.2 光催化剂的种类及改性技术  11-12
  1.3 BIVO_4(s-M)半导体材料概述  12-16
    1.3.1 BiVO_4(s-m)的性质结构和用途  12-14
    1.3.2 BiVO_4的催化机理  14
    1.3.3 BiVO_4的研究现状  14-16
  1.4 异质结半导体  16-18
    1.4.1 异质结半导体原理  16-17
    1.4.2 异质结半导体在光催化中的应用  17-18
  1.5 碳球(CS)研究及应用  18-20
    1.5.1 新型电极/电池制备  19
    1.5.2 催化剂的负载  19-20
    1.5.3 C的敏化  20
  1.6 选题依据、研究目的及内容  20-23
    1.6.1 选题背景及依据  20-21
    1.6.2 研究目的和意义  21
    1.6.3 研究内容  21-23
2 实验材料、仪器及分析方法介绍  23-31
  2.1 实验材料和仪器  23-24
    2.1.1 实验材料  23
    2.1.2 实验仪器  23-24
  2.2 实验分析方法  24-26
    2.2.1 气相色谱分析条件及GC标准曲线绘制  24
    2.2.2 甲苯标准曲线的绘制  24-25
    2.2.3 UV-Vis分析条件  25
    2.2.4 MB标准曲线的绘制  25-26
  2.3 催化剂活性评价  26-27
    2.3.1 降解甲苯活性测试  26
    2.3.2 降解亚甲基蓝(MB)活性测试  26-27
  2.4 催化剂表征分析仪器及原理  27-31
    2.4.1 X-射线衍射(XRD)分析  27-28
    2.4.2 紫外可见(UV-vis)漫反射光谱分析  28-29
    2.4.3 透射电镜(TEM)分析/HRTEM/EDX  29
    2.4.4 扫描电镜(SEM)分析  29
    2.4.5 FTIR分析  29-30
    2.4.6 循环伏安法(CV)分析  30-31
3 BiVO_4(s-m)水热法制备、表征和光催化性能初探  31-36
  3.1 实验过程  31
  3.2 结果与讨论  31-35
    3.2.1 XRD表征结果分析  31-32
    3.2.2 SEM和TEM-HRTEM表征结果分析  32-33
    3.2.3 UV-vis表征结果分析  33-34
    3.2.4 FTIR表征结果分析  34-35
  3.3 本章小结  35-36
4 Fe、Cu及Nb修饰BiVO_4研究及性能优化  36-45
  4.1 实验过程  36-38
    4.1.1 金属修饰BiVO_4制备  36-37
    4.1.2 金属修饰BiVO_4的活性表征  37-38
  4.2 结果与讨论  38-44
    4.2.1 Fe、Cu及Nb修饰的影响及筛选  38-40
    4.2.2 Cu含量的影响  40-41
    4.2.3 煅烧温度的影响  41-42
    4.2.4 CuO-BiVO_4降解MB机理研究  42-44
  4.3 本章小结  44-45
5 新型CuO-BiVO_4@C的制备、表征和光催化活性研究  45-57
  5.1 实验过程  45-46
    5.1.1 CuO-BiVO_4@C制备方法  45-46
    5.1.2 CuO-BiVO_4@C的分析仪器  46
    5.1.3 光催化活性测试  46
  5.2 CuO-BIVO_4@C结果与讨论  46-57
    5.2.1 CuO-BiVO_4@C的表征与优化  46-51
    5.2.2 光催化活性测试  51-54
    5.2.3 CuO-BiVO_4@C合成与降解污染物电子转移机理图  54-57
6 结论、创新点及建议  57-59
  6.1 结论  57
  6.2 创新点  57-58
  6.3 建议  58-59
参考文献  59-68
作者简历及攻读硕士学位期间发表的学术论文和专利  68

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境科学基础理论 > 环境化学
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