BiVO4/CdS复合纳米光催化剂的合成与催化性能表征
毕业论文 关键词 可见光响应 光催化 原位水热法
Title Synthesis and photocatalytic properties of BiVO4/CdS composite photocatalyst
Abstract BiVO4 ,as photocatalyst, can directly split water and photodecompose organic pollutants under visible light illumination. BiVO4 nanomaterials have received widespread attention because of the visible-light-response photocatalystic activity. However, due to the high electron-hole recombination rate, low electron mobility, and other shortcomings, its further application was limited. By compositing with CdS nanomaterials, the photocatalytic properties could be improved. In this paper, by an in-situ hydrothermal reaction, CdS nanoparticles can be in-situ generated on the surface of BiVO4, which has been priorly prepared, forming a composite structure. The as-prepared BiVO4/CdS samples were characterized by XRD, SEM diffuse reflection spectroscopy, and the photocatalytic properties were evaluated by the degradation of rhodamine B (RhB). Results show that BiVO4 and CdS materials prepared are pure phase, The band gap of them respectively are 2.52 eV and 2.22 eV. And all the photocatalytic properties of BiVO4/CdS composite have been improved. While,the prepared composite material with 100mg of BiVO4 has the best photocatalytic ability. About 3 hours, RhB may all be degraded under visible light illumination.
Keywords: Visible light response Photocatalytic in-situ hydrothermal method
目次
1绪论.1
1.1半导体光催化材料简介..1
1.2半导体光催化的机理2
1.3影响光催化剂活性的因素.3
1.4传统半导体光催化材料..4
1.5BiVO4材料简介4
1.6BiVO4材料的应用..5
1.7CdS材料简介5
1.8光催化纳米材料常用表征方法..5
1.8.1X射线衍射分析..5
1.8.2热分析（DSC）6
1.8.3SEM扫描电子显微分析.6
1.8.4X射线光电子能谱分析XPS6
1.8.5红外光谱分析7
1.8.6紫外-可见光吸收能谱分析7
1.9本课题的研究意义及内容.7
2实验部分..9
2.1实验所用药品和仪器9
2.2制备方法..9
2.3实验样品制备.10
2.3.1片层状BiVO4的制备.10
2.3.2CdS材料的制备11
2.3.3BiVO4/CdS复合材料的合成..11
2.4实验样品的表征12
3实验结果与讨论13
3.1XRD的结果分析..13
3.2SEM的结果分析..14
3.3紫外可见光吸收能谱的分析.15
3.4光催化能力的分析..16
致谢.20
参考文献21
1 绪论
1.1 半导体光催化材料简介 二十世纪以来，在经济和科技迅速发展着的同时，人类对资源的索取量也相应的越来越多。人类在一地追求着迅速发展的同时，也造成了各种形式的环境污染问题。其中，在各种环境污染中，化学污染是最主要，影响也最恶劣的一种污染方式。这迫使着人类要从长久的生存和发展角度去考虑。因此，保护生态环境，解决各种污染问题变成了现代人类共同奋斗的目标。而近年来，最热门的半导体光催化技术被人们认为是治理环境问题和开发各种新能源的一种最有效最经济的方法。 半导体光催化技术是使用半导体材料，并且在太阳光的照射下，对各种反应过程进行催化的技术。目前半导体光催化技术主要用于还原重金属离子（如 Cr4+）、氧化分解各种有机物和处理污水等环境问题。东京大学的 Fujishima A 和Honda K两个教授[1]，于1972年在自然杂志上报道了 TiO2这种 n型半导体可以在太阳光的照射下把水分解得到氢。开启了半导体光催剂的探索和应用的新时代。此后，经过科学家们持续不断的探索和发掘之后，光催化材料的应用领域得到了很大的开拓。即使经过了这么多年的探索和发掘，半导体光催化材料依旧很难有效地利用太阳光能。其中最主要是因为目前科学家们发现的半导体光催化剂如 TiO2等材料的能带带隙比较宽，约3.2 eV，仅仅只能够在紫外光的范围内产生响应。然而紫外光部分的能量仅仅只占据了太阳光总能量的极少数，大概百分之五左右。因此，为了增加对太阳光利用率以及解决能源短缺和环境污染问题，制备出可以在可见光波段内发生响应的光催化材料是的极其重要的一步。 研究并制备出可以在可见光波段内形成响应的新型光催化剂，可以通过如下两种方法[2]：一种是改变传统催化材料的性能特点。比如通过将它们的波长响应范围红移到可见光的波段内。其中常用方法有将半导体材料与窄带隙的半导体复合[3-7]、在半导体中掺杂金属或非金属[8-9]、金属染料光敏化[10]等。利用以上方法制得的催化剂虽然都具有可见光响应的特点，但这些材料也有一系列缺点，比如很难控制形貌和成分，光生载流子很容易发生复合，催化过程中不够稳定等。 另一种方法就是设计出新的光催化材料。这种新型材料可以在可见光的波段内形成响应。并且他们都拥有着很高的催化活性，在分解水和有机物的反应过程中有很大的使用意义等。