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【6h】

微波水热制备钒酸铋粉体工艺及光催化性能研究

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目录

摘要

1 绪论

1.1 背景研究

1.2 光催化反应机理及其影响因素

1.2.1 光催化反应机理

1.2.2 影响光催化反应的因素

1.3 BiVO4的结构与性质

1.4 BiVO4的制备方法

1.5 课题意义及创新点

2 实验

2.1 实验原料

2.2 实验仪器

2.3 微波水热法制备BiVO4粉体的工艺流程

2.4 分析测试

2.4.1 X射线衍射分析(XRD)

2.4.2 扫描电子显微镜分析(SEM)

2.4.3 紫外可见光分析

2.4.4 光催化性能测试

3 工艺因素对微波水热法制备BiVO4粉体的影响

3.1 微波水热反应时间对于微波水热法制备BiVO4粉体的影响

3.1.1 不同微波水热反应时间下合成产物的物相分析

3.1.2 不同微波水热反应时间下合成产物的形貌分析

3.1.3 不同微波水热反应时间下合成产物的光催化性能分析

3.2 前驱液pH值对于微波水热法制备BiVO4粉体的影响

3.2.1 不同前驱液pH值条件下合成产物的物相分析

3.2.2 不同前驱液pH值条件下合成产物的形貌分析

3.2.3 不同前驱液pH值条件下合成产物的光学性能分析

3.2.4 不同前驱液pH值条件下合成产物的光催化性能分析

3.3 微波水热反应温度对于微波水热法BiVO4粉体的影响

3.3.1 不同微波水热反应温度下合成产物的物相分析

3.3.2 不同微波水热反应温度下合成产物的形貌分析

3.3.3 不同微波水热反应温度下合成产物的光学性能分析

3.3.4 不同微波水热反应温度下合成产物的光催化性能分析

3.4 反应物浓度对于微波水热法制备BiVO4粉体的影响

3.4.1 不同反应物浓度条件下合成产物的物相分析

3.4.2 不同反应物浓度条件下合成产物的形貌分析

3.4.3 不同反应物浓度条件下合成产物的光催化性能分析

3.5 Bi/V摩尔比对于微波水热法制备BiVO4粉体的影响

3.5.1 不同Bi/V摩尔比条件下合成产物的物相分析

3.5.2 不同Bi/V摩尔比条件下合成产物的形貌分析

3.5.3 不同Bi/V摩尔比条件下合成产物的的光催化性能分析

3.6 本章小结

4 模板剂对于微波水热法制备BiVO4粉体的影响

4.1 引言

4.2 实验原料和仪器

4.2.1 实验原料

4.2.2 实验仪器

4.3 实验工艺流程

4.4 测试表征

4.5 结果讨论

4.5.1 CTAB对于制备BiVO4粉体的影响

4.5.2 柠檬酸对于制备BiVO4粉体的影响

4.5.3 SDSN对于制备BiVO4粉体的影响

4.5.4 PVP-K30对于制备BiVO4粉体的影响

4.6 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及专利成果

声明

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摘要

BiVO4作为一种无铅染料被人熟知,随着研究的深入,发现其在可见光光催化领域具有极大的潜力。BiVO4具有三种晶型,分别为四方锆石型、四方白钨矿型和单斜白钨矿型,前两者在特定情况下晶型可以转变为后者。其中单斜白钨矿型具有更好的光催化性能。
   本文采用微波水热法,在相对较低的温度下快速制备了BiVO4粉体,并通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对所制备粉体的物相及形貌进行表征。采用紫外可见近红外光谱仪(UV-VIS-NIR)和光催化性能测试对产物的光学性能和光催化性能进行了表征。系统研究了微波水热反应时间、反应温度、前驱液pH、反应物浓度及反应物Bi/V摩尔比对所制备BiVO4粉体结构和性能的影响。
   以NH4VO3和Bi(NO3)3·5H2O为原料在较短微波水热时间内制备了四方锆石型BiVO4,随着反应时间的延长,产物逐渐向单斜相转变,并且单斜相的衍射峰强度逐渐增强。反应时间对产物的形貌也有较大的影响,产物的形貌由片状转化成球状。另外,我们对球状形貌的形成机理进行了简单分析。
   前驱液pH值对于产物形貌和晶体生长有明显的影响。随着pH值从0.1变化到10.0,产物(040)晶面的相对强度呈现出先增大后减小的趋势,在pH等于6.0时达到最大,产物的禁带宽度和光催化性的变化规律与(040)晶面的相对强度变化规律一致。
   以Bi(NO3)3·5H2O和NH4VO3为原料在100℃的微波水热温度下就能合成纯的单斜相BiVO4,随着反应温度的提升,产物衍射峰强度逐渐增强,结晶性能变好,并且产物尺寸也随着增大。反应温度的增加可以减小产物的禁带宽度,有利于提高产物光催化性。
   通过改变反应物浓度可以可控合成纯的单斜相和四方锆石相、以及二者的混晶相,随着反应物浓度的增加,产物的结晶性变好,形貌尺寸逐渐增加,光催化性能随之增加,当浓度过大时,产物成为纯的四方锆石相产物,此时光催化性能变差。
   通过改变Bi/V摩尔比可以改变产物形貌,当Bi/V大于1∶1时,产物结晶性不好,光催化性差,当Bi/V摩尔比从1∶1变化至1∶4时,产物从棒状向球状转变,光催化有效面积减小,光催化性能降低。
   在相同的工艺条件下,可以加入不同的模板剂改变产物形貌,进而改变产物的性能:加入CTAB(十二烷基三甲基溴化铵)可使产物形貌从原本的片状变为球状,并且随着CTAB加入量的增多,球状形貌产物尺寸增大。球状形貌降低了产物光催化反应的有效面积,使得光催化性能降低;加入柠檬酸使得产物颗粒尺寸减小,结晶性能变差,小尺寸颗粒团聚使得光催化性能变差;加入SDSN(十二烷基磺酸钠)可制备出纺锤状产物,并且部分纺锤状组装成类花状的形貌,SDSN的加入使得产物禁带宽度变小,但光催化性能却有所降低;PVP-K30(聚乙烯吡咯烷酮)有效的提高了产物分散性,从而提高了产物的光催化率。

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