钒酸铋基复合光催化剂的理性设计与性能研究

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1、钒酸铋基复合光催化剂的理性设计与性能研究RationalDesign,Synthesis,andCharacterizationofBiVO4-basedHeterojunctionPhotocatalysts学科专业：化学工艺研究生：李长江指导教师：王胜平副教授天津大学化工学院二零一四年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明

2、确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要钒酸铋具有稳定性好、光催化活性高、可见光响应性能强等优点，是一种具有广阔应用前景的光催化剂，受到了广泛关注。但钒酸铋的光催化效率受到光生电荷复合速率过快的限制。

3、通过构建钒酸铋基复合光催化剂可有效促进光生电荷的分离，提高光催化活性。因此探索高效钒酸铋基复合光催化剂的制备具有重要意义。本论文对高效钒酸铋基复合光催化剂的设计、制备与性能进行了探讨。首先，本文研究了半导体高能晶面选择性沉积对复合光催化剂的影响。通过形貌控制与异质结构建相结合的手段，制备出一种磷酸银纳米颗粒选择性沉积于钒酸铋（040）晶面的高效复合光催化剂。研究结果表明,磷酸银的晶面选择性沉积改变了钒酸铋（040）晶面的局部结构，而且晶面选择性沉积增大了磷酸银与钒酸铋间的能势差，有利于促进电荷的分离，从而使复合光催化剂的光催化活性大大提升。这说明，晶面选择性耦合在一定程度上可以克服

4、界面处势能差不足的缺陷，是一种构建高效异质结复合光催化剂的手段。其次,本文研究了纳米异质结离散耦合对复合光催化剂的影响。通过一种模板辅助与热改性相结合的手段，制备出具有不同形貌的异质结的氮化碳-钒酸铋复合光催化剂。研究表明，在多孔网状钒酸铋上，当氮化碳以纳米岛的形式离散分布时，构建的复合光催化剂具有最佳的可见光光催化性能，而连续包覆结构的活性则相对较差。这主要归因于，纳米异质结离散耦合有利于最大限度地暴露高活性的氮化碳-钒酸铋相界面，使两相均可暴露到反应液中，充分发挥氮化碳-钒酸铋之间的协同作用；而且纳米异质结的尺寸相对较小，有利于光生电荷转移到表面，被反应物质捕获并发生反应，消耗

5、光生电荷；因而在纳米异质结复合的位置，建立一种电荷“生成-消耗”的动态平衡，大大提高了光生电荷的分离效率；连续分布的氮化碳膜虽然形成了g-C3N4/BiVO4异质结结构，但完全包覆的膜结构不利于光生电荷转移到表面被反应物质捕获，因而不利于电荷的分离，影响光催化活性的进一步提高。这说明纳米异质结离散复合也是一种构建高效异质结复合光催化剂的有效手段。关键词：光催化剂异质结钒酸铋磷酸银氮化碳万方数据ABSTRACTBismuthvanadate(BiVO4)hasrecentlyreceivedaconsiderableattentionduetoitsgoodchemicalstabi

6、lity，highphotocatalyticactivityaswellasexcellentvisiblelightresponse,whichmakesitoneofthemostpromisingvisiblelightphotocatalysts.However,itspracticalusageislargelysuppressedbythefastrecombinationoflight-inducedelectron-holepairs.ThisdrawbackcanbeeffectivelyalleviatedbyconstructingBiVO4-basedhe

7、terojunctionphotocatalyststoenhancetheseparationofelectron-holepairs.Therefore,itissignificantlyimportanttoexplorethewaystoconstructhighlyefficientBiVO4-basedheterojunctionphotocatalysts.Inthispaper,wefocusontherationaldesign,synthesisa