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新型可见光催化剂BiVO4的制备与研究

作 者: 刘宏伟
导 师: 曾大文
学 校: 华中科技大学
专 业: 材料学
关键词: 钒酸铋 碳掺杂 孔结构 水浴合成 光催化
分类号: O643.36
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


钒酸铋(BiVO4)有三种主要的晶型:单斜白钨矿结构、四方白钨矿结构和四方锆石结构。单斜白钨矿BiVO4禁带宽度约为2.4ev,具有可见光吸收的特性,克服了传统光催化剂二氧化钛只能吸收紫外光的缺点,受到了越来越多的重视。本文侧重研究单斜BiVO4碳掺杂改性以及通过新的合成方法实现大表面积BiVO4的合成。以医用脱脂棉作为碳源,通过浸渍-煅烧法成功合成了碳掺杂BiVO4,并研究了不同煅烧温度对碳掺杂量和禁带宽度的影响。实验研究表明:在500℃以上煅烧棉花前驱体即可得到碳掺杂BiVO4,并且随着温度进一步上升,BiVO4的碳掺杂量逐渐增加,然而,当温度高于650℃时,BiVO4的碳掺杂量反而下降。同时,碳掺杂BiVO4的禁带宽度也随着煅烧温度的变化而变化,当温度为650℃时,催化剂的禁带宽度最小。光催化测试以罗丹明B作为目标降解物,在大于420nm可见光照射2h后,碳掺杂BiVO4样品的光降解效果是固相法制备的单斜BiVO4的12倍。为了探索BiVO4的合成新方法,以乙二醇(EG)作为溶剂和软模板剂,通过水浴保温-煅烧法初步实现了大比表面积BiVO4的合成及控制。实验中,将前驱体溶液于60℃水浴箱中保温不同时间(2天和7天),形成的凝胶干燥后于不同温度下(400℃和500℃)煅烧得到三维连通多孔单斜BiVO4。较长保温时间及较低煅烧温度下制备的BiVO4的比表面积较大(水浴保温7天后于400℃煅烧的样品:13.29m2·g-1),远高于固相法制备的BiVO4的比表面积。通过液相降解罗丹明B的结果显示:利用该方法制备的BiVO4在420nm可见光照射4h后的降解效率达到了80%。基于一系列的表征结论的基础上,以乙二醇为模板形成的三维连通孔结构的形成机理作了初步解释。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-23
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 半导体催化的基本原理  10-12
  1.3 光催化材料的发展历程  12-13
  1.4 BIVO_4 光催化剂研究的发展及现状  13-21
  1.5 单斜BIVO_4 的应用  21
  1.6 本文的研究内容及意义  21-23
2 实验及测试方法  23-26
  2.1 化学试剂及实验仪器  23-24
  2.2 催化剂光催化性能评价  24-26
3 C-BIVO_4纤维的制备及催化性能表征  26-41
  3.1 引言  26-27
  3.2 实验过程  27
  3.3 碳掺杂BIVO_4 的制备与表征  27-33
  3.4 煅烧温度对C-BIVO_4 的影响  33-39
  3.5 本章小结  39-41
4 水浴法制备多孔BIVO_4 及其工艺条件优化  41-54
  4.1 引言  41-42
  4.2 实验过程  42-43
  4.3 实验结果与讨论  43-53
  4.4 本章小结  53-54
5 结论与展望  54-56
致谢  56-57
参考文献  57-67
附录 硕士期间发表论文情况  67

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学(理论化学)、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 催化 > 催化剂
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