钒酸铋纳米片的复合改性及其可见光催化活性提高机制

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1、分类号UDC密级公开硕士研究生学位论文钒酸铋纳米片的复合改性及其可见光催化活性提高机制申请人:胡康学号:2151175培养单位:化学化工与材料学院学科专业:物理化学研究方向:光电化学与光催化指导教师:井立强教授完成日期:2015年3月15日中文摘要近些年来，随着化石燃料的消耗，导致全球范围内能源危机的同时也造成了温室气体排量增加（主要是CO2）及伴随的环境污染，这成为当今人类社会亟待解决的重要问题，而半导体光催化技术是解决这些问题的有效策略。可见光在太阳光谱中的占比约为44%，因此，开发高活性的可见光半导体光催化剂成为趋势。钒酸铋作为一种廉价易得、稳定、无二次污染的新型窄带隙半导体得到化学

2、工作者的广泛关注。但在实际应用中，由于其较小的比表面积、光生载流子寿命短和光生电子空穴复合几率较高等问题，导致BiVO4较低的光催化性能。基于此，本论文开展了关于BiVO4二维结构形貌调控并与宽带隙半导体构建异质结以及引入硅氧基团桥联的工作，提高BiVO4的可见光催化活性。首先，利用BiOCl薄片为铋源通过水热转化得到较大比表面积的二维BiVO4纳米片并与SnO2构建复合体。结果表明，BiVO4纳米片的光生电荷分离及光催化活性较BiVO4纳米颗粒有大幅提高，可归因于构筑的特殊二维结构及比表面积的提高。基于稳态表面光电压谱、瞬态表面光电压谱和羟基自由基等测试结果，得出适量SnO2的耦合后光催

3、化活性提高归因于BiVO4的光生电荷分离变好和载流子寿命延长。结合气氛光伏结果，这是由BiVO4向SnO2的可见光生高能级电子转移保持了光生电子的高还原性并有效实现了电荷的空间分离导致。其次，通过湿化学法构筑硅氧基团桥联SnO2/BiVO4复合体系。通过稳态光伏、羟基自由基、瞬态光伏及光电化学测试等表明“硅桥”的引入使复合体的光生电荷的寿命和分离提高，导致优异的光催化活性。基于气氛光伏、电化学阻抗谱、单波长光电流作用谱等测试结果，复合体光生电荷性质的改善来源于硅氧基团“分子桥”的构建提高了可见光光生高能级电子在BiVO4与SnO2间的传输和转移效率。本论文的开展，为在能源生产和环境修复领域

4、设计合成高活性二维铋基可见光纳米光催化剂提供可借鉴思路。-I-关键词：钒酸铋纳米片；复合改性；硅氧基团桥联；光生电荷分离；可见光催化-II-AbstractWiththeconsumptionoffossilfuel,asaresult,theglobalenergycrisishasalsocausedtheincreaseofgreenhousegasemissions(mainlyCO2)andtheaccompanyingenvironmentalpollution,whichhasbecomeanimportantproblemtobesolvedurgentlyinhumans

5、ociety,fortunately,thesemiconductorphotocatalytictechnologyisaneffectivestrategytosolvetheseproblems.Solarenergy,oneofcleanandenvironmentallyfriendlyenergymode,isdrawingmoreandmoreattentiontomeettheincreasingdemandsinthiscentury.Visiblelightoccupiesabout44%inthesolarspectrum,hence,itisverymeaningf

6、ultodevelopvisible-light-responsedphotocatalyst.Bismuthvanadate(BiVO4)iscurrentlyconsideredoneofthemostpromisingphotocatalyticmaterialsduetoaseriesofdesirableproperties,includingadequateabsorptionfromthevisiblelightregioninsolarspectrum(bandgapbetween2.2and2.4eV),excellentstabilityinanaqueousenvir

7、onment,etc.However,itusuallyexhibitsweakphotocatalyticperformance,mainlyowingtosmallspecificsurfacearea,thelowcarriermobilityandveryshortexcited-statelifetime.Thus,wecarryoutthiswork,inwhichthevisible-lightactivi