低維釩酸鹽異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料的制備及性能研究.pdf

1、現(xiàn)代社會中,人們對保護生活環(huán)境、節(jié)約稀缺能源的意識越來越強烈,快速有效的治理環(huán)境污染、尋求和開發(fā)更豐富的替代能源成為人們首考慮的重點。太陽能,沒有地域限制、不需開采和運輸、不會造成二次污染,這完全符合可持續(xù)發(fā)展的要求。在水污染治理方面,由于半導(dǎo)體光催化材料可以利用太陽能降解有機染料和其他污染物而引起了人們的關(guān)注。隨著半導(dǎo)體光催化劑研究的日益深入,人們開始探索新型的可見光響應(yīng)型光催化劑,其中,釩酸鹽類納米材料就很有應(yīng)用潛力和發(fā)展前景。

2、r>　　本論文依據(jù)傳統(tǒng)TiO2光催化材料的研究理論,查閱了大量近幾年關(guān)于新型可見光光催劑的文獻,通過選用不同的方法、嚴(yán)格控制實驗參數(shù)達到合成低維納米材料、控制異質(zhì)結(jié)構(gòu)型的目的。使得到的材料不僅具有實際應(yīng)用價值,更重要的是性能穩(wěn)定。本論文研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面:
　　(1)InVO4的靜電紡絲法制備和光催化性能研究
　　使用聚乙烯吡咯烷酮為粘結(jié)劑,采用靜電紡絲法,首次成功制備了兩種不同形貌的低維正交相 InVO4納米光催

3、化劑:不添加絡(luò)合劑,直接選用InVO4前驅(qū)體懸濁液來配置溶膠進行電紡,得到了均勻的InVO4納米顆粒;使用檸檬酸為絡(luò)合劑,選用均質(zhì)透明的InVO4前驅(qū)體溶液配置溶膠進行電紡,得到的是 InVO4納米纖維。通過各種手段對樣品進行了表征,結(jié)果表明所制備的正交相 InVO4都具有良好、穩(wěn)定的光催化性質(zhì),并且樣品可多次循環(huán)使用。
　　(2)InVO4的水熱合成和光催化性能研究
　　首先以InCl3、NH4VO3為原料,采用水熱法合成

4、了InVO4納米顆粒,并研究了水熱條件對晶相和形貌的影響。實驗結(jié)果顯示,當(dāng)溶液初始pH為4,200℃水熱反應(yīng)24 h制備的標(biāo)號為V3的正交相InVO4樣品,無論是分散程度還是光催化降解亞甲基藍(lán)的效果都是最好的。
　　改變初始銦源,以硝酸銦和偏釩酸銨為原料,在無任何有機添加劑的情況下,采用水熱法合成了由InVO4納米單晶自組裝而成的介孔多級微球,發(fā)現(xiàn)實驗條件對介孔球的形成有重要的影響。通過掃描照片跟蹤多級微球形成過程發(fā)現(xiàn),這種多級微

5、球的生長過程主要分為定向自組裝和Ostwald熟化兩個階段。多級微球內(nèi)部和表面存在大量孔,只有當(dāng)孔徑和孔容的大小適當(dāng),才能保證有效捕獲光子并在多級球內(nèi)部形成光的散射。在光催化過程中,這種多孔結(jié)構(gòu)還能輕松捕獲溶液中的有機高分子,使其被快速降解掉。
　　(3)釩酸鹽異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料的合成和光催化性能研究
　　a.InVO4/BiVO4的水熱法合成及光催化性能研究
　　首先,通過沉淀法制備了單斜相 BiVO4粉末。然后通過水

6、熱法對其進行了InVO4復(fù)合,形成n-n型異質(zhì)結(jié),其中銦元素來自In(NO3)3。實驗過程中,將InVO4前驅(qū)體懸濁液與BiVO4混合均勻,成功地實現(xiàn)了BiVO4與InVO4納米單晶共同的定向自組裝,得到了包裹式多孔顆粒。將所得樣品與商業(yè) P25進行了光催化對比實驗,結(jié)果表明:包裹式異質(zhì)結(jié)的表面結(jié)構(gòu)和兩種半導(dǎo)體的接觸方式確實有利于減少光生電子-空穴對的復(fù)合;與P25相比,新型InVO4/BiVO4光催化劑不僅在紫外光區(qū)域有降解作用,可見

7、光下的光催化活性更高,在利用太陽光進行環(huán)境清潔方面更具實用價值。
　　b.Co3O4/BiVO4的靜電紡絲法制備及其光催化性能研究
　　以檸檬酸為絡(luò)合劑,采用靜電紡絲法成功制備了珠鏈狀BiVO4。掃描圖片顯示只有當(dāng)n(檸檬酸)/n(BiVO4)=2:1時,才能得到顆粒均勻且彼此連接的珠鏈狀,樣品整體為錯綜的交叉網(wǎng)氈,上面多孔,可以增強光催化劑的表面吸附力。通過靜電紡絲法,我們還得到了分散性較好的Co3O4/BiVO4復(fù)合納米