釩酸鉍-石墨烯復(fù)合材料的制備及光催化性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化材料是指在光作用下可以誘發(fā)光氧化-還原反應(yīng)的一類材料，能在紫外光或者可見光照射下降解各類有機(jī)污染物、殺滅細(xì)菌和分解水產(chǎn)氫和產(chǎn)氧。其中釩酸鉍是性能優(yōu)異、可見光響應(yīng)的半導(dǎo)體金屬氧化物，其光吸收性能好，無毒，化學(xué)穩(wěn)定性好，分散性好，因此在空氣凈化、水處理、高效光催化、光解水等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本課題選擇石墨烯為基體，研究了釩酸鉍和石墨烯復(fù)合光催化劑的可控制備方法。選擇石墨烯為基體的主要原因如下：首先，石墨烯可以調(diào)

2、整能帶結(jié)構(gòu)或者作為光敏劑增加對(duì)光的吸收，將其光吸收范圍拓寬至全光譜；其次，石墨烯良好的導(dǎo)電性可以促進(jìn)電子和空穴的傳輸，進(jìn)而降低載流子的復(fù)合。再次，石墨烯的比表面積很大，可以為表面催化反應(yīng)提供更多的反應(yīng)位點(diǎn)。本論文采用水熱法以及超聲輔助的濕化學(xué)法，制備得到兩種釩酸鉍/石墨烯復(fù)合材料，并對(duì)兩種材料在光催化分解水和光降解方面的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究。主要研究結(jié)果如下：
　?。?）采用水熱法以及冷凍干燥制備類氣凝膠狀的（010）活性面的釩酸鉍

3、片層/石墨烯復(fù)合物RGO-BVO。分析表明RGO-BVO復(fù)合物中釩酸鉍片層暴露的為（010）活性面，復(fù)合物中釩酸鉍和石墨烯之間通過一定化學(xué)鍵合作用聯(lián)系在一起。相對(duì)于釩酸鉍塊體，其催化性能得到顯著提高，歸因于光催化過程中釩酸鉍和石墨烯的協(xié)同效應(yīng)，石墨烯使得復(fù)合物導(dǎo)電性增加，釩酸鉍和石墨烯之間的化學(xué)鍵合作用使得光生載流子的復(fù)合效率大大降低。
　?。?）采用超聲輔助的濕化學(xué)法制備類粒子大小可控的具有核殼結(jié)構(gòu)的BiVO4@C，并將之成功負(fù)

4、載在石墨烯上（RGO-BVO@C），分析表明RGO-BVO@C-X復(fù)合物中釩酸鉍顆粒大小可控(RGO-BVO@C-1、RGO-BVO@C-2、RGO-BVO@C-3中釩酸鉍顆粒大小依次為~15nm、~60nm、~500nm)，并且存在核殼結(jié)構(gòu)；進(jìn)一步討論了大小可控釩酸鉍顆粒的生長(zhǎng)機(jī)理。研究結(jié)果表明RGO-BVO@C-X復(fù)合物中釩酸鉍、無定型碳膜、石墨烯之間存在一定的化學(xué)鍵合作用，并通過第一性原理模擬其電子結(jié)構(gòu)進(jìn)一步確認(rèn)Bi-C和V-C鍵

5、合的存在。催化性能的活性順序均為：BVO