纳米多孔钒酸铋复合材料的制备及其光电化学性能的研究

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1、硕士学位论文纳米多孔钒酸铋复合材料的制备及其光电化学性能的研究作者姓名李柳萍学科专业应用化学指导教师张伟德教授所在学院化学与化工学院论文提交日期2018年4月Studyonpreparationandphotoelectrochemicalpropertiesofnano-porousBiVO4compositematerialsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:LiLiupingSupervisor:Prof.ZhangWeiDeSouthChinaUniversityofTechnol

2、ogyGuangzhou,China分类号：TQ15学校代号：10561学号：201520118446华南理工大学硕士学位论文纳米多孔钒酸铋复合材料的制备及其光电化学性能的研究作者姓名：李柳萍指导教师姓名、职称：张伟德教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：应用化学研究方向：纳米化学及技术论文提交日期：2018年4月24日论文答辩日期：2018年5月31日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：袁高清委员：张伟德，马彤梅，余宇翔，谢逢春摘要太阳能光催化制氢是处理和解决能源和环境相关问题的有效途径之一。太阳能光催化制氢的过程中，光催

3、化性能主要是由半导体材料本身决定的，因此开发化学性质稳定、对光利用率高的半导体材料是解决太阳能光催化制氢技术的关键。与其他半导体催化剂相比，钒酸铋（BiVO4）因合适的禁带宽度（2.4-2.6eV），化学性质稳定，无毒，环境友好且廉价易得等优点而备受关注，然而BiVO4在光催化的应用也存在一些缺陷，比如光生电子-空穴对容易复合，光生载流子迁移速率慢等，这些缺陷使BiVO4的光电转换效率低，从而限制了其广泛应用。针对这些缺陷，本文通过构建异质结和量子点敏化的方法来改善BiVO4的光电性能，并对光电性能得以提升的机理进行了探讨，主要研究内容如下：（1）利用电化学

4、沉积法在FTO导电玻璃上沉积一层碘氧铋（BiOI），然后滴上乙酰丙酮氧钒，高温煅烧后得到纳米多孔的BiVO4薄膜，最后也是通过电化学沉积的方法将CdS纳米颗粒修饰到BiVO4上，形成了CdS/BiVO4异质结，并对复合材料的光电性能进行了研究。结果表明，当测试偏压为0.4V（vsAg/AgCl）时，CdS/BiVO4复合电极的光电流密度约为BiVO4的4.2倍，而且与纯的BiVO4相比，经CdS修饰后，拓展了材料对可见光的响应范围，CdS/BiVO4复合材料协同作用，抑制了光生电子和空穴的复合，提高了光电化学性能。（2）从纳米多孔的BiVO4出发，将碳量子点

5、（CQDs）修饰到BiVO4上，并对材料的光电性能和对亚硝酸钠（NaNO2）光电化学检测进行了研究。结果表明，复合材料的光吸收强度增强，界面电荷转移电阻减小。在光照条件下，BiVO4和CQDs/BiVO4电极分别检测NaNO-1-1-22，CQDs/BiVO4电极的灵敏度为413.9μA(mmol)cm，高于BiVO4电极的灵敏度（157.2μA(mmol-1)-1cm-2），CQDs/BiVO-4电极的线性范围为4-1050μmolL1，比BiVO-14线性范围（48-1050μmolL）更广，CQDs/BiVO4电极的检测限为3.57μmolL-1(S/

6、N=3)，低于BiVO-14电极的检测限（6.69μmolL），因此，CQDs/BiVO4复合材料的光生电子和空穴的分离效率以及电子传递效率更高。关键词：钒酸铋；光电性能；光电化学检测IAbstractPhotoelectrochemical(PEC)watersplittingisoneoftheeffectivewaystoresolveenergycrisisandenvironmentalproblems.InthePECprocess,thePECperformanceismainlydeterminedbythesemiconductorphot

7、ocatalyticmaterials,thusitisimportanttodevelopthesemiconductormaterialswithexcellentstabilityandhighutilizationofsolarenergy.Amongalltheavailablesemiconductormaterials,BiVO4hasemergedasanattractivecandidateforPECphotoanodematerialsduetothesuitablebangap(2.4-2.6eV),stablechemicalper

8、formance,environment-frien