Bi2MoO6纳米片的制备及可见光催化性能研究

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《Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成及催化增效机制研究》范文

《Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成及催化增效机制研究》范文

《Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成及催化增效机制研究》篇一一、引言随着环境问题的日益严重和能源危机的加剧,光催化技术作为一种绿色、高效的能源转换和污染物处理技术,受到了广泛关注。

Bi2MoO6作为一种具有良好光催化性能的材料,其基异质结光催化剂在光催化领域具有广阔的应用前景。

本文旨在研究Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成方法及其催化增效机制,以期为光催化技术的发展提供新的思路和方法。

二、文献综述Bi2MoO6具有优良的光催化性能,其异质结的构建能有效提高光催化剂的催化效率。

近年来,关于Bi2MoO6基异质结光催化剂的合成方法、性能及催化机制的研究取得了显著进展。

然而,目前仍存在合成方法复杂、催化剂性能不稳定等问题,需要进一步研究和优化。

三、实验方法(一)材料与试剂实验所需材料包括Bi(NO3)3·5H2O、NaMoO4·2H2O等化学试剂,均购自国内知名化学试剂供应商。

(二)Bi2MoO6基异质结光催化剂的合成采用溶剂热法、水热法等可控合成方法,制备出Bi2MoO6基异质结光催化剂。

通过调整反应条件,如反应温度、反应时间、原料配比等,实现对催化剂形貌和结构的调控。

(三)表征方法利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段,对合成的Bi2MoO6基异质结光催化剂进行表征,分析其晶体结构、形貌和微观结构。

(四)催化性能测试通过光催化降解有机污染物等实验,测试Bi2MoO6基异质结光催化剂的催化性能。

采用紫外-可见光谱、电化学工作站等手段,分析催化剂的光响应范围、光电化学性质等。

四、结果与讨论(一)催化剂的表征结果通过XRD、SEM、TEM等表征手段,发现合成的Bi2MoO6基异质结光催化剂具有较高的结晶度和良好的形貌。

催化剂的微观结构表明,异质结的成功构建有助于提高催化剂的光吸收性能和电子传输性能。

(二)催化剂的催化性能光催化降解有机污染物的实验结果表明,Bi2MoO6基异质结光催化剂具有较高的催化性能。

《新型Bi基异质结纳米催化材料的制备与催化性能研究》范文

《新型Bi基异质结纳米催化材料的制备与催化性能研究》范文

《新型Bi基异质结纳米催化材料的制备与催化性能研究》篇一一、引言随着全球工业化和科技的飞速发展,对新型催化材料的性能和效率提出了更高的要求。

作为其中的重要组成部分,Bi基异质结纳米催化材料因具有较高的比表面积、优异的催化活性和良好的稳定性等特点,成为了众多科研人员的研究焦点。

本文将重点介绍新型Bi基异质结纳米催化材料的制备方法,以及其催化性能的研究成果。

二、Bi基异质结纳米催化材料的制备Bi基异质结纳米催化材料的制备主要采用溶胶-凝胶法、水热法、共沉淀法等化学合成方法。

在制备过程中,我们需要注意原料的选择、反应温度、反应时间等因素对材料性能的影响。

具体来说,我们的制备步骤如下:1. 选择合适的原料:选用高纯度的Bi盐和其他金属盐作为原料,确保材料的高纯度和良好的性能。

2. 配置前驱体溶液:将选定的原料溶解在适当的溶剂中,形成均匀的前驱体溶液。

3. 制备溶胶-凝胶体系:通过控制反应条件,使前驱体溶液发生溶胶-凝胶转变,形成凝胶体系。

4. 干燥和煅烧:将凝胶体系进行干燥和煅烧处理,得到Bi基异质结纳米材料。

三、Bi基异质结纳米催化材料的催化性能研究我们采用多种实验方法和手段,对所制备的Bi基异质结纳米催化材料的催化性能进行了研究。

主要从以下几个方面进行探讨:1. 结构表征:利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对材料的结构进行表征,分析其晶体结构、形貌和尺寸等信息。

2. 催化活性测试:以典型的催化反应为研究对象,如CO氧化、烃类氧化等,对Bi基异质结纳米材料的催化活性进行评价。

3. 反应机理研究:通过实验和理论计算等方法,探讨Bi基异质结纳米材料在催化反应中的反应机理,揭示其优异的催化性能的内在原因。

四、实验结果与讨论经过实验,我们得到了以下结果:1. 结构表征结果表明,所制备的Bi基异质结纳米材料具有较高的结晶度、均匀的形貌和尺寸。

2. 催化活性测试显示,Bi基异质结纳米材料在典型的催化反应中表现出优异的催化性能,其活性远高于传统的催化剂。

钼酸铋基光催化剂的研究进展

钼酸铋基光催化剂的研究进展

283管理及其他M anagement and other钼酸铋基光催化剂的研究进展潘 杰,莫创荣*,谭 顺,王依霖,黄丽珍(广西大学,广西 南宁 530000)摘 要:钼酸铋(Bi 2MoO 6)因是一种稳定、高效的光催化剂,而引起广泛的关注。

但其存在光生电子-空穴对容易复合、分离效率低以及对可见光吸收效率比较低等问题,而阻碍了在环境修复中的应用。

因此,已经有大量的研究致力于解决这些缺点,本文综述过去增强钼酸铋光催化剂性能的已开发策略。

包括近年来Bi 2MoO 6光催化剂的制备方法以及改性方法,并展望今后钼酸铋的发展。

关键词:光催化剂;钼酸铋;制备方法;改性研究中图分类号:O643.36 文献标识码:A 文章编号:11-5004(2021)02-0283-2 收稿日期:2021-01作者简介:潘杰,男,生于1994年,广西梧州人,汉族,硕士,研究方向:高级氧化技术。

通讯作者:莫创荣,男,广西南宁人,副教授,博士,研究方向:环境规划与管理。

光催化技术是一项高效、低能耗、无二次污染的绿色技术,是处理有机物废水很有前景的技术。

1972年Fujishima 和Honda 以TiO 2作为电极在紫外光照射下,发现水分解产生氢气和氧气,从此打开了光催化的大门。

在实际中使用紫外灯光耗能高,如果能充分利用太阳光,可以降低成本。

实际中太阳光中的紫外光不足5%,而可见光占比较多,所以希望光催化剂能够吸收更多的可见光。

可见光型光催化剂相继被开发,如Bi 系、Ag 系、Zn 等。

由于Bi 系光催化剂合适的带隙(2.5eV ~2.8eV)、无毒、低成本、高化学稳定性等优点,成为光催化领域的研究热点。

Bi 2MoO6属于铋系光催化剂的一种最经典的材料,具有α、β和γ三种晶体结构。

其中,γ-Bi 2MoO 6是低温下结构稳定的唯一层状Aurivillius 结构。

MoO 6层呈八面体构型且共用角类钙钛矿结构,与(Bi 2O 2)2+层以交替的方式堆叠形成γ-Bi 2MoO 6。

花状Bi2WO6光催化剂的制备及性能研究

花状Bi2WO6光催化剂的制备及性能研究

和 降解 有机 污染 物 的催化 剂 M 。 ]
目前 , 们 利 用 水 热 法 成 功 制 备 了 Bz 人 i WOs 纳 米 片 和纳 米 粒 子 L ] 相 较 于 传 统 固 相 法 , 热 制 1 , ” 水
10 8 ℃分 别反 应 2 4 6 1 、 4 3 、8 、 、 、2 2 、 6 4 h而后 冷却 。将

李 孝

21年增刊I 4) 00 (1卷
花 状 B 2 O6 催 化 剂 的 制 备 及 性 能 研 究 i W 光
黄 毅 , 明 , 季 怀 , 申 吴 黄妙 良
( 侨 大学 材 料物理 化 学研究 所 , 华 福建 省高 等学校 功 能材料 重点 实验 室 , 福建 泉州 3 2 2 ) 6 0 1
得 到 的淡 黄色 沉淀 物 过 滤 , 蒸 馏 水 冲 洗 至 中性 并 用
置 于磁 力搅拌 器 上 8 ℃烘干 , 到 B。 O 得 i WO。 品 。 样
2 2 催 化 剂 的 表 征 .
备 的 B。 O 具 有 较 小 的 粒 径 和 较 大 的 比表 面积 , i W 并 表现 出 了较 高 的光 催 化 活 性 。 同时 , 维 超结 构 三 的 B 也得 到 了较 多 的 关 注 , Hu n l 。等 i WO 如 a g1 _ 通 过加 入 P VP作 为 模 板 剂 成 功制 备 了 由片 状 堆 积
化 剂克 服 了传 统 光催化 剂 ( 以二 氧化 钛为 代表 ) 只能
利 用紫 外光 的缺 点 , 功 研 制具 有 可 见 光 响 应 的光 成
2 实 验
2 1 催 化 剂 的 制 备 .
取 0 0 2 mo 2 O4・2 O 和 0 0 5 l i .0 5 l Na W H2 . 0 mo B

钨酸铋基光催化材料的研究进展

钨酸铋基光催化材料的研究进展
Bi2WO6 是一类非 金 属 含 氧 酸 盐 结 构 的 新 型 光 催 化 材 料, 因其较高的催化活性和稳定性而作为近年来半导体光催化材 料研究一个重点,而 且 钨 酸 盐 根 等 酸 根 离 子 具 有 结 构 稳 定、不 易发 生 光 腐 蚀 等 优 点。 但 Bi2WO6 具 有 较 大 的 禁 带 宽 度 (270eV),只能被紫外光或部分可见光激发,可见光吸收范围 为 420~470nm,且光生电子空穴对容易发生复合,从而使材料 的光催化性能降 低,不 能 达 到 预 期 的 要 求。 因 此,为 了 降 低 电 子 -空穴复合率,对 Bi2WO6 材料进行复合以提高材料的光催 化性 能 成 为 近 年 来 以 及 以 后 的 一 个 研 究 热 点。本 文 围 绕 Bi2WO6 的晶体结构,从 钨 酸 铋 基 材 料 的 合 成 与 光 催 化 降 解 的 角度,阐述了 Bi2WO6基光催化材料近年来在国内外研究中取 得的一些重要发展,并对其在不同降解对象进行了展望。
第 12期
吉亮亮,等:钨酸铋基光催化材料的研究进展
·43·
钨酸铋基光催化材料的研究进展
吉亮亮,同 帜,马敏敏,高占尧
(西安600)
摘要:钨酸铋(Bi2WO6)是一类具 有 非 金 属 含 氧 酸 盐 结 构 的 新 型 光 催 化 剂 材 料,其 具 备 高 稳 定 性、纳 米 结 构、高 催 化 性 能 等 优 点,但 Bi2WO6的带隙相对较大(2.7eV),只能吸收 450nm以下的光。通过对 Bi2WO6的复合改性可以将其光吸收范围扩大,减少空穴电子对 的复合,从而改善材料的光催化活性。首先介绍 Bi2WO6的晶体结构和电子结构;其次对近几年 Bi2WO6 基光催化材料的合成方法、形 貌特征光催化活性等方面的研究现状进行全面的综述分析;最后对 Bi2WO6基光催化材料的发展趋势进行了展望。 关键词:钨酸铋;材料制备;光催化 中图分类号:O643.36;O644.12 文献标识码:A 文章编号:1008-021X(2018)12-0043-08

片状γ-Bi2MoO6的离子液体辅助水热合成及其增强的光催化活性

片状γ-Bi2MoO6的离子液体辅助水热合成及其增强的光催化活性

h y d r o t h e r ma l s y s t e m.T h e s t r u c t u r e a n d mo r p h o l o g y o f t h e a s - s y n t h e s i z e d s a mp l e s w e r e c h a r a c t e r i z e d
HU Ha i — q i n ,NI NG P e n g ,Z HOU Ya — y u n,MA Me n g — me n g,XI E Yo u - c h u n,YANG J i e ,S O NG J i — me i ( S c h o o l o f C h e m i s t r y a n d C h e m i c a l E n g i n e e i r n g ,K e y L a b o r a t o y r o f A n h u i P r o v i n c e o f F u n c t i o n a l I n o r g a n i c Ma t e i r a l s C h e m i s t y, r A n h u i U n i v e r s i t y ,H e f e i 2 3 0 0 3 9 , C h i n a )
b y X- r a y d i f f r a c t i o n( X R D) , i f e l d e m i s s i o n s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y ( S E M) , f o u i r e r t r a n s f o r m i n f r a r e d( F T — I R )s p e c t r u m a n d U V — V i s d i f f u s e r e l f e c t a n c e s p e c t r u m( D R S ) .T h e e f f e c t o f t h e i o n i c

水热合成纳米片状Bi2WO6光催化剂开放实验设计

水热合成纳米片状Bi2WO6光催化剂开放实验设计

水热合成纳米片状Bi2WO6光催化剂开放实验设计陈亦琳;林碧洲;王森林【摘要】采用水热法制备可见光响应的Bi2 WO6纳米片光催化剂,利用X射线粉末衍射、扫描电镜、氮气吸附-脱附、拉曼、紫外-可见漫反射、电化学等手段表征催化剂的晶相结构、形貌、比表面积、孔径分布、分子结构、光吸收性能、能带结构等性质.以气相苯为模拟污染物,评价催化剂在可见光下(λ>400nm)的光催化降解性能.该实验设计有助于学生了解当前化学材料领域的研究热点,掌握基本的科研方法,提高对科学问题的综合分析能力.【期刊名称】《实验室科学》【年(卷),期】2018(021)005【总页数】5页(P45-49)【关键词】开放实验;水热合成;Bi2WO6;光催化降解【作者】陈亦琳;林碧洲;王森林【作者单位】华侨大学材料科学与工程学院, 福建厦门 361021;华侨大学材料科学与工程学院, 福建厦门 361021;华侨大学材料科学与工程学院, 福建厦门361021【正文语种】中文【中图分类】O643随着经济全球化的不断深入与发展,科技进步日新月异,人才竞争也日趋激烈。

面对前所未有的机遇和挑战,我国传统的教育观念、教育内容方法、教育体制机制、教育结构和布局、教育投入等部署已不能完全适应国家经济社会发展和全民素质教育的要求,深化教育改革势在必行[1]。

根据党的十七大关于“优先发展教育,建设人力资源强国”的战略部署,为促进教育事业科学发展和全面提高国民素质,2010年7月29日,教育部发布了《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020)》,其中强调“支持学生参与科学研究,强化实践教学环节”是提高人才培养质量和发展高等教育的任务之一。

实践教学的目的是培养学生综合运用所学知识进行独立分析和解决实际问题的能力,是高校教学系统的重要组成部分,是培养高素质专门人才的重要环节。

因此,为适应现代高等教育对理工类人才培养的要求,开放性实验教学受到了国内各高校的重视,是目前高校教学改革的方向之一。

《基于Bi2MoO6和MoS2界面结构的构建及其污染物降解性能的研究》范文

《基于Bi2MoO6和MoS2界面结构的构建及其污染物降解性能的研究》范文

《基于Bi2MoO6和MoS2界面结构的构建及其污染物降解性能的研究》篇一一、引言随着环境污染的日益严重,研究有效的污水处理方法及材料对于环保和生态建设具有重要价值。

其中,光催化技术以其绿色、高效、环保的特性受到了广泛关注。

本文着重研究了一种基于Bi2MoO6和MoS2界面结构的构建及其在污染物降解方面的性能。

二、Bi2MoO6和MoS2的基本性质与特点1. Bi2MoO6Bi2MoO6是一种典型的铋基半导体材料,具有良好的化学稳定性、无毒性以及较高的光催化活性。

其独特的层状结构使得光生电子和空穴有较长的寿命,有利于光催化反应的进行。

2. MoS2MoS2是一种典型的二维过渡金属硫化物,具有较高的电子迁移率和较大的比表面积,是光催化领域的优秀材料。

此外,MoS2还具有良好的耐腐蚀性和较高的稳定性。

三、Bi2MoO6和MoS2界面结构的构建本研究通过特定的合成方法,成功构建了Bi2MoO6和MoS2的界面结构。

这种结构能够有效地提高两种材料的光催化性能,因为它们之间能够形成异质结,加速光生电子和空穴的分离和传输,从而提高光催化反应的效率。

四、污染物降解性能研究本研究选择了几种典型的有机污染物(如罗丹明B、甲基橙等)进行降解实验。

实验结果表明,基于Bi2MoO6和MoS2的界面结构在可见光照射下对上述污染物具有良好的降解效果。

其降解效率远高于单一材料,这得益于异质结的形成和光生电子的快速转移。

此外,该材料还具有较好的稳定性和可重复使用性。

五、结果与讨论通过实验数据,我们可以得出以下结论:1. Bi2MoO6和MoS2的界面结构可以有效地提高光催化降解污染物的性能。

2. 该界面结构在可见光照射下对多种有机污染物具有优异的降解效果。

3. 异质结的形成和光生电子的快速转移是提高光催化性能的关键因素。

4. 该材料具有良好的稳定性和可重复使用性,为实际应用提供了可能。

六、结论与展望本研究成功构建了基于Bi2MoO6和MoS2的界面结构,并对其在光催化降解污染物方面的性能进行了研究。

含铋复合氧化物可见光催化材料研究进展

含铋复合氧化物可见光催化材料研究进展

含铋复合氧化物可见光催化材料研究进展王文中;尚萌;尹文宗;任佳;周林【摘要】Photocatalysts could utilize solar energy to remedy environmental pollutions thus attract world wide attention. Some bismuth-containing complex oxides could be activated by visible light and mineralize organic pollutants. In this paper we reviewed recent progresses on the development of Bi2WO6, BiVO4 and Bi2MoO6 photocatalysts. By controlling the particle size, morphology, crystaUinity and other microstructures via different methods, the photocata-lytic activities in the degradation of organic dyes, colorless model pollutants such as phenoland acetaldehyde, and disinfection of these visible light induced photocatalysts were greatly enhanced. Through further development, bismuth-containing complex oxides are hopeful to be applied in the fieldof environmental remediation.%光催化材料因可以利用太阳能净化环境,受到广泛关注.一些含铋复合氧化物半导体可直接被可见光激发,更有效地利用太阳能,实现有机污染物的矿化,成为近期光催化材料研究领域的热点之一.本文概述了Bi2WO6、BiVO4和Bi2MoO6三种常见的含铋复合氧化物可见光催化材料体系的近期研究进展.通过合成方法的优选、晶粒成核和生长的调节,实现晶粒尺寸、形貌、结晶度等微结构的控制,从而获得小尺寸、高表面积的光催化材料,无论是在有机染料、苯酚和乙醛等多种模拟污染物的矿化,还是抗菌等方面,它们皆呈现出优秀的可见光催化性能.通过进一步发展,含铋复合氧化物有望实现在环境净化领域的应用.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2012(027)001【总页数】8页(P11-18)【关键词】含铋复合氧化物;光催化;可见光;环境净化;综述【作者】王文中;尚萌;尹文宗;任佳;周林【作者单位】中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050;中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050;中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050;中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050;中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050【正文语种】中文【中图分类】TB322一系列含铋复合氧化物具有良好的可见光催化性能, 是一类新型光催化材料, 近年来发展成为光催化领域的一个研究热点, 所发表的相关SCI论文数逐年快速增长. 其中一个重要的原因在于, 从结构方面来看, 它们的价带(VB)不是仅由O2p轨道构成, 而是由Bi6s和O2p轨道杂化而成, Bi6s轨道与O2p轨道的强相互作用降低了其对称性, 从而产生相关的偶极子, 这些偶极子的产生与铁电、压电、非线性光学等性能密切相关[1]. 对光催化作用而言,这使其具有较高的氧化活性和电荷流动性[2], 从而使它们可能具有较高的光催化活性. 另外, 与掺杂的TiO2不同的是, 含铋复合氧化物在可见光区有较陡峭的能带吸收边, 它们的可见光吸收产生于其本身的带间跃迁, 而非杂质能级的作用, 有效地避免了杂质所形成的复合中心而降低光催化效率. 同时含铋复合氧化物大都具有独特的层状结构, 使光催化反应主要在层间进行, 起着“二维”光催化的作用,其光催化活性也会因层间的分子或离子的不同而改变, 是一类新型高效的多相光催化材料. 因此, 含铋复合氧化物光催化材料的研究, 为发展可见光催化消减有机污染物开辟了一条新的途径.含铋复合氧化物光催化材料主要包括Bi2WO6、BiVO4、Bi2MoO6、Bi2FeO4、Bi3NbO7、Bi2GeO5、Bi2Ti2O7、BiPO4、BiOX(X=F,Cl,Br,I)等, 其中Bi2WO6、BiVO4和Bi2MoO6这三种含铋复合氧化物光催化材料由于具有较好的光催化活性,针对它们的研究最为广泛,下面主要概述这三种含铋复合氧化物光催化材料的近期研究进展.1 Bi2WO6钨酸铋(Bi2WO6), 是最简单的 Aurivillius型氧化物之一[3], 呈层状结构, 含有WO6钙钛矿片层结构, 具有独特的铁电压电性能、催化性能和非线性电介质磁化系数等, 是一种研究比较多的含铋复合氧化物光催化材料. Bi2WO6的禁带宽度比TiO2小,在可见光区具有很强的光吸收性能. 近年来发现, Bi2WO6 具有可见光催化性能, 在可见光下光解水和降解有机污染物, 在太阳能的利用和光催化反应方面具有重要的发展前景: Kudo等[4]发现在AgNO3的存在下Bi2WO6可见光分解水产生O2. Zou等[5]报道了Bi2WO6能在波长大于440 nm的可见光照射下有效地降解CHCl3和CH3CHO.1.1 晶体结构及能带结构基于密度泛函理论的计算[6], Bi2WO6的晶体结构和能带结构示意图如图1所示. Bi2WO6占据态可以分为4个轨道; 最低能带主要是O2s轨道单独构成的. 占据态轨道的中间部分是由Bi6s、O2p、W5d杂化轨道构成的. 最高占据态轨道, 即价带则是由O2p和Bi6s杂化轨道构成的. 导带底是由W5d轨道构成的, 并包含少量的Bi6p轨道. 根据理论计算, Bi2WO6带隙约为1.63 eV, 明显小于实际测量值, 这是DFT理论计算的特性, 与以前报道相吻合. Bi2WO6能带结构理论计算表明: 光激发后的电子是从 O2p和 Bi6s杂化轨道向 W5d轨道迁移的; Bi2WO6可见光的吸收是由于Bi6s轨道与O2p轨道杂化变窄而引起的. 这种杂化的能带结构使价带呈现出很大程度的发散, 增大光生空穴以及价带顶附近电子的活动性, 进而能够提高其光催化性能[7].图1 Bi2WO6的晶体结构示意图和能带结构图[6]Fig. 1 Schematic structure of Bi2WO6 photocatalyst and energy band diagram of Bi2WO6 calculated by the DFT method[6]1.2 制备方法及光催化性能通常采用固相反应法制备 Bi2WO6粉体. 近年来, 也有一些利用新的方法制备Bi2WO6粉体的报道, 如水热法和熔融的硼酸盐缓慢冷却工艺等. 谢立进[8]采用硝酸铋和钨酸纳为原料, 以 NaNO3与LiNO3的混合物为反应介质的一种简单、便宜的低温熔盐法合成了 Bi2WO6纳米晶光催化材料. Zou等[5]制备的 Bi2WO6带隙为 2.69 eV, 可以在可见光下(λ>420 nm)有效降解CHCl3. Zhu等[9]以Na2WO4和Bi(NO3)3为原料利用水热法制备了具有很大比表面积的Bi2WO6纳米片, 禁带宽度为2.75 eV, 与体材料(2.69 eV)相比, 吸收边蓝移. 与 P25相比,Bi2WO6具有更快的降解速率. 而且, 在5次光催化循环实验后, Bi2WO6仍保持高效的光催化活性. 电子自旋共振测试表明, 在光催化过程中 Bi2WO6氧化有机物是空穴直接作用的结果. 对 Bi2WO6进行修饰改性, 比如通过C60沉积[10]、F掺杂[11]提升了其光催化活性. 同时, 也有很多研究通过控制Bi2WO6的形貌[12-15]来提高水处理的效果. 本课题组也在这方面做了大量的研究工作[16-21].Bi2WO6的光催化活性利用可见光照射下降解水中罗丹明 B(RhB)来表征. RhB是一种含 Cl、N-已基和羧基的有机大分子[6], 在水溶液中光吸收峰位于553 nm附近. 对于RhB分子, 初始的降解过程一般由a、b位的N-已基或者c位的羧基的脱去而引发[22]. RhB在可见光条件下的光解非常弱, 基本上可以忽略不计[23].1.2.1 水热合成Bi2WO6纳米片采用柠檬酸铋铵为原料, 控制晶核的生长, 于160℃水热24 h制备出Bi2WO6[19]. XRD表明产物为正交相的Bi2WO6 (JCPDS 39-0256, 图2(A)), TEM表明产物由30 nm 左右的纳米片组成(图 2(B)).图3(A)给出了Bi2WO6样品的紫外-可见漫反射光谱图, 可以看出样品的吸收边延伸至整个可见光区.结晶半导体带边位置的光吸收与带隙之间的方程式为αhν=a(hν-Eg)n/2[24], 其中α、ν、Eg分别代表吸收系数、光子频率和带隙, α为常数. 直接带隙半导体的n=1, 间接带隙半导体的n=4. Bi2WO6样品的n值为1, Bi2WO6纳米片的带隙可以估算为2.5 eV.光催化的性能与颗粒尺寸以及比表面积密切相关. 光生载流子扩散到表面的时间与颗粒尺寸之间的关系可用方程式表示[25]: τ=r2/π2D. 其中, τ为时间, r为粒径, π为常数, D为电子或空穴的扩散系数. 粒径越小, 光生电子和空穴从光催化材料体内扩散到表面的时间越短, 在光催化材料体内的复合几率减小,到达表面的电子和空穴数增多. 此外, 随着粒径的减小, 比表面积也随之增加, 从而吸收更多的可见光,增加反应活性位, 提高光催化效率. Bi2WO6纳米片的比表面积约为51.5 m2/g, 远远高于(80~90倍)固相法合成的Bi2WO6(约为0.6 m2/g)[5]. 与此相对应的是, 在波长大于420 nm的可见光照射(500 W, Xe灯)40 min后, RhB被 Bi2WO6纳米片完全降解(图 3(B)).纳米片 Bi2WO6的活性远远强于固相法合成的微米级Bi2WO6 (8~10倍, 图3(C)). 除了使用500 W的氙灯来做光源, 还使用8 W节能灯做光源, 照射60 min后, RhB光催化降解率也达到95%以上. 进行5次循环催化实验后, 发现Bi2WO6纳米片光催化材料具有高的稳定性, 没有发生光腐蚀(图3(D)).图2 160℃水热24 h制备的Bi2WO6的XRD图谱(A)和TEM照片(B)[19]Fig. 2 XRD pattern (A) and TEM image (B) of Bi2WO6 prepared by hydrothermal m ethod at 160℃ for 24 h[19]图 3 (A) Bi2WO6的紫外-可见漫反射光谱; (B) RhB水溶液的紫外-可见光降解; (C) 不同 Bi2WO6的光催化性能对比(用于对比的钨酸铋分别采用固相法,传统水热法,柠檬酸铋铵为铋源水热法合成; (D) 可见光下光催化降解RhB的循环稳定性[19]Fig.3 (A) UV-Vis diffuse reflectance spectra of the Bi2WO6 nanosheet; (B) Temporal change of UV-Vis spectrum of RhB aqueous solution; (C) Comparison of the photocatalytic activities of different Bi2WO6 and blank test (the Bi2WO6 used for comparison are prepared by solid-state reaction, traditional hydrothermal, and hydrothermal method usingBi(NH3)2C6H7O7 as Bi source, respectively; (D) Cycling runs in the photocatalytic degradation of RhB in the presence of Bi2WO6 nanosheet under visible-light[19]1.2.2 模板法制备Bi2WO6纳米笼利用葡萄糖水热聚合制备出直径约为 600 nm的胶体碳球(图 4A). 电位测试表明,所合成的胶体碳球在室温乙二醇体系中表面带有负电荷(pH=7, ζ=−32.0 mV). 利用碳球表面丰富的官能团, 以其为硬模板, 以乙二醇为溶剂和络合剂, 制备出的前驱物再经热处理去除碳球, 即可制备出直径约为200~400 nm、厚度为50 nm左右、纯相的Bi2WO6(图4B)[26]. Bi2WO6纳米笼的比表面积约为 14.5 m2/g,比固相法制备样品高出很多(0.6 m2/g)[5]. 高的比表面积不仅能够吸收更多的可见光, 接触更多的污染物分子, 而且还可以产生更多的催化活性位. Bi2WO6纳米笼是由直径约为70 nm左右的纳米颗粒组装而成的, 有利于载流子的分离、传输并与吸附在其表面的有机分子作用; 在笼结构中有很多的孔洞, 有利于分子的传输, 使得它们快速到达壳壁表面的活性位[16,20]; 此外, 这种笼结构也可以使太阳光在光催化材料内多次反射, 充分利用太阳能, 提升光催化活性[27]. Bi2WO6纳米笼样品在波长大于420 nm的可见光照射50 min后, 降解RhB的效率基本达到100%, 远远高出固相法的样品以及 P25(10倍, 图4(C)). 纳米笼的优势不仅在于具有高的光催化活性,并且还能在15 min内自然沉淀, 使其可以方便的回收利用.图4 (A) 碳球的TEM照片; (B) Bi2WO6纳米笼的SEM照片; (C) 光催化材料的活性对比; (D) RhB的紫外-可见吸收光谱随光照时间的变化[26]Fig. 4 (A) TEM image of carbon spheres; (B) SEM image of Bi2WO6 nanocages; (C) The photo-degradation efficiencies of RhB as a function of irradiation time by different photocatalysts; (D) The temporal evolution of the spectra during the photodegradation of RhB mediated by the Bi2WO6 nanocages under visible light (λ > 420 nm)[26]图4(D)给出了RhB的紫外-可见吸收光谱随光照时间的变化图, 可以看出554 nm 处的特征吸收峰快速降低并逐渐蓝移到500 nm处, 溶液的颜色也从粉色逐渐转变为亮绿色, 说明 Bi2WO6纳米笼具有较高的可见光催化活性. 溶液颜色的变化与文献报道的RhB的光降解的两种过程是一致的: 一种是去乙基过程; 一种是破坏共轭结构, 前者使吸收谱峰蓝移, 后者使吸收峰消失[22,28].1.2.3 静电纺丝技术制备Bi2WO6纳米纤维静电纺丝技术常用来制备高分子微纳纤维. 本课题组将静电纺丝技术发展到制备含铋复合氧化物光催化材料中. 所制备的纳米纤维, 经热处理去除PVP助剂后,Bi2WO6纤维的直径约170 nm, 由直径约100 nm的纳米颗粒组装而成(图5(b))[29]. 该样品在乙醛和氨氮等污染物的降解实验中表现出较高的光催化活性. 乙醛作为室内空气的模拟污染物, 不吸收光, 在降解过程中不存在光敏化, 因此可以避免光敏化带来的影响. 图 5(c)给出了可见光下降解乙醛时CO2浓度随光照时间的变化曲线, 表明制备的纳米纤维布具有可见光催化活性[30-31]. 并且, Bi2WO6纳米纤维布的可见光催化活性比固相合成的样品高出10倍, 比纳米颗粒高出3倍, 也比氮掺杂的 TiO2颗粒高出很多[29]. 除了乙醛的矿化, 消减水中的氨氮含量也用来表征Bi2WO6纳米纤维布的光催化性能[32-33]. 反应体系的 pH 值调到 10.8,起始氨氮浓度为10 mg/L, 用Bi2WO6纳米纤维布做光催化材料, 可见光下照射6 h后反应体系中氨氮浓度从10 mg/L降到0.8 mg/L. 对比固相合成的Bi2WO6对氨氮的降解, 发现光照6 h后只有约30%的氨氮被降解, 而 Bi2WO6纳米颗粒只降解了53%(图5(d)).图 5 纳米纤维(a)热处理前和(b)热处理后的 SEM 照片; (c)可见光下降解乙醛时CO2浓度随光照时间的变化; (d) 降解水中氨氮的性能对比[29]Fig. 5 SEM images of Bi2WO6 nanofibers before calcination (a) and after calcinations (b); (c) photocatalytic degradation of CH3CHO (1×10-4) under visible-light (λ >420 nm); (d) Comparison of the photocatalytic degradation of NH4+/NH3 by different samples[29]1.2.4 Bi2WO6的光催化抗菌性能采用菌落数统计来表征 Bi2WO6在可见光下的光催化抗菌活性(图 6(A))[34]. 对比实验表明所用光源和Bi2WO6在无光照下对E. coli的生长繁殖均无明显的影响. 当 Bi2WO6的作用浓度为 0.5 mg/mL,可见光照2 h后, 对E. coli的杀灭率达95%(图6(B)).抗菌实验前的E. coli呈现出完整的细胞结构, 鞭毛结构清晰可见. 抗菌实验处理后的E. coli细胞结构被破坏, 不再完整, 鞭毛消失(图 6(C)). 说明Bi2WO6在可见光下具有良好的光催化抗菌活性. K+外泄是微生物细胞膜遭到破坏的一个信号. 用ICP-OES测试表明, 在只有催化剂 Bi2WO6存在时,体系中K+的量基本保持不变. 在只有光照的情况下,实验前后 K+浓度有小幅度的上升. 然而, 经Bi2WO6光照后的体系中 K+浓度明显地增加, 说明E. coli的细胞膜确实被Bi2WO6的光催化作用所破坏.图6 (A) Bi2WO6光催化抗菌对比实验图片: (a)空白样; (b)仅光照; (c)仅有Bi2WO6; (d) Bi2WO6在光照下2 h; (B) E. coli的存活率: (a) Bi2WO6在无光照时(0.5 mg/mL); (b)光照无催化材料; (c) Bi2WO6(0.5 mg/mL)在可见光下; (C) E. coli经Bi2WO6在光照下处理前后的TEM照片(a)处理前, (b)处理后[34]Fig. 6 (A)Images of colonies on an agar plates: (a) E. coli suspension before reaction;(b) E. coli suspension containing Bi2WO6 in the dark; (c) E. coli suspension without Bi2WO6 under visible light irradiation; (d) E. coli suspension containing Bi2WO6 under visible light irradiation. (B) Survival ratio of E. coli in aqueous dispersions: (a) Bi2WO6 in the dark; (b) No catalyst; and (c) Bi2WO6 under visible light irradiation. (C) TEM images of E. coli irradiated by visible light with Bi2WO6 (a) E. coli before reaction; (b) E. coli treated for 2 h[34]2 BiVO42.1 晶体结构及能带结构BiVO4有三种不同晶体结构的物相: 四方锆石相(tetragonal zircon, z-t相)、四方白钨矿相(tetragonal scheelite, s-t相)和单斜白钨矿相(monoclinic scheelite, m 相), 在397~497℃时从z-t相到m相可发生不可逆转换, s-t相和m相之间的可逆转变发生在255℃. 其中, BiVO4(z-t)的禁带宽度约为2.9 eV[35],是一种紫外光响应的半导体材料. 而 BiVO4(s-t)和m-BiVO4的禁带宽度分别为2.34 eV和2.41 eV[36],这两种 BiVO4晶相都是可见光响应的光催化材料,响应波段在 550 nm以内, 位于可见光的中央部分,从有效利用太阳光的角度来看, BiVO4是一种极具应用前景的材料. 相比于 BiVO4(z-t), BiVO4(s-t)和m-BiVO4光催化材料在可见光条件下具有良好的光催化性能, 这主要是由它们价带结构的差异决定的.在BiVO4(z-t)的能带结构中(图 7(a))[1], 其价带主要由O2p和Bi6p轨道杂化得到. 这种杂化对价带顶的影响比较小, 从而导致禁带宽度并未减小, 而且价带电子轨道仍然具有很强的局域性. 但在BiVO4(s-t) (图7(b))和m-BiVO4相中, 价带顶则是由O2p、Bi6p和Bi6s轨道杂化而成. Bi6s轨道的参与使价带顶电子轨道离域性大大增强, 能带宽度得到极大地扩展,从而显著减小了禁带的宽度, 并能够响应可见光.但相比而言, m-BiVO4价带顶Bi6s轨道的比例更高.这使得m-BiVO4中光生空穴在价带内具有更高的迁移能力, 从而其光催化活性更高一些. 此外, m-BiVO4中的Bi−O 键发生了畸变, 这种畸变提高了光生电子和空穴的分离效率, 进而在一定程度上提高了材料的光催化性能[37]. 在 BiVO4的三种晶型里, m-BiVO4的可见光催化活性最高, 这使其成为光催化材料合成领域的热门材料之一.图7 (a) BiVO4(z-t)和(b) BiVO4(s-t)的能级图[1]Fig. 7 Total and partial density of states for the BiVO4(z-t) (a) and BiVO4(s-t) (b) [1]2.2 制备方法及光催化性能自从1998年发现BiVO4的可见光催化性能之后, BiVO4开始引起科学界的兴趣. 随着环境污染和气候问题的日益严重, 对BiVO4光催化降解污染物的研究增多. Kudo等[37]首先报道了具有白钨矿结构的BiVO4在可见光照射下, 以硝酸银为牺牲剂时,具有较高的光解水析氧活性. 当水中存在电子接受体, 如 Ag+或 Fe3+时, 导带上的光生电子将被它们消耗, 促进O2的放出反应. 此后, 他们通过BiVO4和TiO2降解壬基酚对比实验发现, 在太阳光作用下, BiVO4对壬基酚的降解作用强于TiO2, BiVO4 在太阳光下能高效的降解烷基酚类有机物. Kohtani等[38]在此基础上, 详细研究了BiVO4 在太阳光照射下对一系列烷基苯酚(壬基、辛基、庚基、戊基、丁基、丙基和乙基酚)的降解效果. 发现降解速率随着烷基链的增长而变大, 而降解壬基酚的半反应时间比降解苯酚缩短了87.5%. 他们用气质联机仪(GC-MS)分析了壬基酚降解过程中中间体产生和最终产物的形成, 从机理上分析了壬基酚降解的过程. 通过对BiVO4进行Ag负载而提升了其在可见光下降解4-烷基酚和多环芳烃的光催化活性[39-40]. Ma等[41]合成了空心的BiVO4并复合了Bi2O3, 研究表明, 在可见光照射下降解染料RhB, 性能比单一的BiVO4要好很多. Long等[42]研究了Co3O4/BiVO4在可见光照射下, 对苯酚进行了光催化降解实验, 并对其光催化强化机理进行了讨论. Xie等[43]利用单斜晶型的BiVO4, 在可见光照射下, 研究了同时光催化还原Cr(VI)氧化苯酚反应.2.2.1 超声化学法制备BiVO4纳米晶本课题组采用超声化学法制备了BiVO4纳米晶(图8A)[44]. 当反应时间为30 min 时, 产物中含有单斜(JCPDS: 14-0688)和四方(JCPDS: 14-0133)两种晶型. 随着超声时间的增加, 四方相 BiVO4的谱峰逐渐消失, 单斜相的衍射峰越来越明显. 超声时间延长为60 min时, 四方相的衍射峰完全消失, 所有的衍射峰均可指标化为单斜相的 BiVO4(图 8(B)). 所制备粉体的紫外-可见漫反射光谱看到纳米片比固相法合成样品在光谱上表现出明显的蓝移. 样品在紫外光区具有强烈吸收, 并且延伸到部分可见光区,其吸收边位于550 nm处(图8(C)). 图中陡峭的吸收边证明产物的可见光吸收是因为材料本身的带间跃迁[9].超声化学制备的BiVO4纳米晶在30 min内的甲基橙降解率就达到了 90%, 大大高于固相反应制备的样品(降解率8%)和P25(降解率6%)(图8(D)).图8 超声化学法制备的BiVO4 的SEM照片(A)和XRD图谱(B), 其中超声时间为(a)30 min; (b)60 min和(c)固相反应制备的BiVO4; (C) 紫外-可见漫反射光谱, 插图为能带估算(αhv)-(hv)曲线; (D) 超声、固相反应制备的 BiVO4和 P25的可见光降解甲基橙的吸收光谱及活性对比(插图)[44]Fig. 8 SEM image (A) and XRD patterns (B) of UR-BiVO4 when ultrasonic time was 30 min (a), 60 min (b) and by solid state reaction; (C) UV-Vis diffuse reflectance spectra of UR-BiVO4 and SSR-BiVO4 samples, Inset: plots of (αhv) versus photon energy (hv); (D) Changes of UV-Vis spectra of UR-BiVO4 suspended MO solution as a function of irradiation time. Inset: MO concentration changes over UR-BiVO4, SSR-BiVO4 and P25[44]2.2.2 锚定法制备m-BiVO4空心球图 9 (A) m-BiVO4空心球的 TEM照片; (B) 光催化降解RhB的性能比较: m-BiVO4空心球(a)、液相法制备的BiVO4(b)和固相法制备的BiVO4(c)[45]Fig. 9 (A) TEM of m-BiVO4 hollow spheres; (B) Comparison of the photodegradation of RhB by HS-BVO (a), AM-BVO (b), and SSR-BVO (c) under visible light (λ>420 nm)[45]利用葡萄糖在水热条件下缩聚合成出尺寸分布均匀的直径为 500~700 nm的碳球, 以其作为硬模板, 采用锚定法合成了具有较高的可见光催化活性的m-BiVO4空心球, 外径约为700 nm, 壳层厚度约为100~150 nm, BiVO4球壳是由粒径约100~150 nm的球形纳米颗粒组成(图 9(A))[45]. m-BiVO4空心球在光照70 min后就能够将RhB彻底降解. 相比之下,采用常用液相法制备的BiVO4在光照2 h后降解了85%的RhB, 而采用固相法合成的BiVO4在相同的时间里仅仅降解了12.5%的 RhB(图 9(B)). 在可见光条件下, m-BiVO4空心球的光催化效率大大高于另外两种 m-BiVO4光催化剂. 在降解无色的CH3CHO气体时, 光照6 h后被m-BiVO4空心球彻底降解为 CO2气体. 而光照同样长的时间之后, 液相法制备的BiVO4降解了约59%的CH3CHO气体,固相法制备的仅降解了约34%的CH3CHO气体.3 Bi2MoO6Bi2MoO6与 Bi2WO6结构类似, 带隙为2.33~2.59 eV[46]. Kudo等[47]报道了Bi2MoO6的光物理特性和可见光解水性能, 并系统地研究了其能带结构及结晶度对光催化性能的影响. Zhu等[48]在调节 pH值和表面活性剂帮助下, 成功合成了纳米片和微米棒状Bi2MoO6光催化材料, 发现pH值对其性能有着很大的影响. Belver等[49]通过对RhB的降解比较了用 Pechini方法制备得到的 Bi2WO6和Bi2MoO6的光催化活性.3.1 模板法制备Bi2MoO6空心球苯酚的特征吸收峰位于269 nm, 可以用来表征溶液中苯酚的浓度[50]. 作为对比,也采用固相反应合成了 Bi2MoO6(SSR-BMO)[47]. 以碳球为硬模板,用水热法得到的Bi2MoO6(图10(A)), 其比表面积为4.24 m2/g, 远远大于用固相反应法制得样品的比表面积 0.9 m2/g, 因此表现出高的光催化活性[51]. 图10(B)给出了Bi2MoO6空心球和SSR-BMO在可见光(λ>420 nm)条件下光催化降解苯酚时的情况. 苯酚在可见光照射下基本不存在光解, 在光照 8 h后浓度基本没有变化. 相比之下, SSR-BMO在光照8 h后降解了约34%的苯酚, 而对于Bi2MoO6空心球, 相同光照时间后的苯酚降解量达到了90%(图10(B)).图10 (A) Bi2MoO6空心球的SEM照片; (B) 光催化降解苯酚的性能对比: HS-BMO(a), SSR-BMO(b), 光解(c)[51]Fig. 10 (A) SEM image of Bi2MoO6 hollow spheres; (B) Photocatalytic degradation of phenol over HS-BMO (a), SSR- BMO (b) and photolysis (c) under visible-light (λ>420 nm) [51]3.2 Bi2MoO6在蓝光LED下的光催化性能Bi2MoO6的紫外-可见吸收光谱表明, Bi2MoO6的吸收边在 510 nm左右, 因此可以被蓝光 LED (465~475 nm, 3W)激发. 采用水热法合成出Bi2MoO6[52], 用蓝光LED照射1 h后, RhB基本被完全降解(图11(A)), 而500 W Xe灯(λ>420 nm)需光照30 min, 使用LED的能耗比Xe灯降低了80倍. 即使是降解无光敏化的无色有机物苯酚, 约 8 h后可使苯酚完全矿化(图 11(B)). Bi2MoO6在 3 W 蓝光LED灯光照下也可有效杀灭E. coli, 6 h后对E. coli的抗菌率为90%以上(图11(C)).图11 Bi2MoO6在3 W蓝光LED光照下: (A) RhB的光降解; (B) 苯酚溶液的光降解; (C) 光催化抗菌: (b) Bi2MoO6在3W蓝光LED灯光照下6 h; (c) 空白样; (d) 只有Bi2MoO6; (e)只在3 W蓝光LED光照下[52]Fig. 11 Photodegradation of RhB (A), phenol (B) and disinfection (C), ((b) Bi2MoO6 under the irradiation for 6 h; (c) control; (d) Bi2MoO6 only; (e) 3W blue LED only) by Bi2MoO6under 3W blue LED[52]4 展望光催化材料在深度净化处理水和空气中有机污染物的领域具有广阔的发展潜力, 越来越受到人们的重视. 揭示影响光催化效率的内在因素, 促进光生载流子的分离、减少其复合几率, 研制新的材料体系、增加其表面的催化活性位、拓宽对太阳能的利用率、提高氧化能力, 获得高效、稳定的光催化材料、实现光催化材料的负载, 设计高效的光催化反应器等, 是今后的努力方向. 其中, 含铋复合氧化物作为新发展起来的一类可见光催化材料, 对其的认识尚处于初级阶段. 经过进一步努力, 有望发展成为一类重要的可见光催化材料, 并在环境净化的应用领域发挥积极作用.参考文献:【相关文献】[1] Stoltzfus M W, Woodward P M, Seshadri R, et al. Structure and bonding in SnWO4, PbWO4, and BiVO4: lone pairs vs inert pairs. Inorg. Chem., 2007, 46(10): 3839−3850. [2] Kudo A, Kato H, Tsuji I. Strategies for the development of visible-light-driven photocatalysts for water splitting. Chem. 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《Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成及催化增效机制研究》范文

《Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成及催化增效机制研究》范文

《Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成及催化增效机制研究》篇一一、引言随着全球能源需求的持续增长和环境污染的日益严重,光催化技术因其具有清洁、高效、可再生的特点,成为了当前研究的热点领域。

Bi2MoO6作为一种典型的层状化合物,具有良好的光学性质和稳定的化学性质,是光催化领域的优秀候选材料。

然而,单一的Bi2MoO6光催化剂在应用中仍存在一些不足,如光生电子-空穴复合率高、催化活性有待提高等。

为了解决这些问题,本文通过可控合成Bi2MoO6基异质结光催化剂,并对其催化增效机制进行研究。

二、Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成1. 材料选择与制备本文选择Bi2MoO6为基体材料,通过引入其他半导体材料(如TiO2、WO3等)构建异质结。

采用水热法、溶胶-凝胶法等合成方法,通过控制反应温度、时间、pH值等参数,实现对Bi2MoO6基异质结光催化剂的可控合成。

2. 结构表征与性能分析通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对合成的Bi2MoO6基异质结光催化剂进行结构表征。

结果表明,成功合成了具有特定结构的异质结光催化剂,且具有较高的结晶度和良好的分散性。

此外,通过紫外-可见光谱(UV-Vis)和光电流测试等手段对催化剂的光学性能和光电性能进行分析,发现异质结的引入有效提高了光催化剂的吸光性能和光电流强度。

三、催化增效机制研究1. 异质结界面电荷转移在Bi2MoO6基异质结光催化剂中,不同半导体材料之间的界面处形成了异质结。

当光照射到催化剂表面时,光生电子和空穴分别在两种材料间发生转移。

这种界面电荷转移有效抑制了光生电子-空穴的复合,提高了催化剂的量子效率。

2. 增强光吸收能力引入其他半导体材料可以拓宽Bi2MoO6的光吸收范围,使其能够更好地利用太阳光中的可见光和近红外光。

此外,异质结的形成还可以提高催化剂的光吸收强度,进一步提高其光催化性能。

3. 表面反应活性提高Bi2MoO6基异质结光催化剂具有较大的比表面积和丰富的活性位点,有利于提高表面反应活性。

片状和颗粒状γ-Bi_2MoO_6的水热合成及可见光催化性能

片状和颗粒状γ-Bi_2MoO_6的水热合成及可见光催化性能
6 L eln内胆 的不锈 钢反应釜 中 ,5 0m T f o 10℃下反应
其 优异 的物 理 化 学性 能 而 在 离 子 导 体 _ 、 阳 能 5太 ]
电 池_ 、 敏 _ 和 催 化 等 方 面 有 着 广 阔 的应 6气 ] 7
用 前 景. 年来 ,- i O 近 yB。 Mo 显 示 了优 越 的 可 见 光 催 化性 能 . 如 Ku o等 叩分 别 用 水 热 法 和 回 流 例 d 法 制备 了 yB O。 并研 究 了其 在 Ag -i Mo , NO。 液 溶 中 制氧 的性 能 . i ] A. r n zd aC u[ 和 Bc 、 Mat e- el rz ¨ i
2 . 4h 自然冷却 至 室温 , 心过 滤 , 离 用去 离 子水 和无
水 乙醇 洗涤数次 ,0℃真空干燥 6h 得到亮 黄色粉 6 , 末 , 为产物 1 标 . 1 2 B O 颗 粒 的制备 . i Mo
将 2m l B ( 0 ) mo 的 iN 3 3・5 O 和 1m l H2 mo 的
P b,Na ,K,B — Ti ,Nb,Ta ,M o ,W ,F ) 的 e
1 实 验
1 1 B O . i Mo 纳米 片的 制备 将 2mmo 的 B ( 33・5 O 和 1mmo 的 l iN0 ) Hz l NaMo 4・ H2 2 O 2 O分别 溶 于 2 OmL浓度 为 1mo L l /
第 3 3卷 第 1 O期
21 0 1年 1 O月
武பைடு நூலகம்







V0. NO 0 1 33 .1 0 c. 2 t O11
J W u a I s. Te h . hn n t c.

可见光响应的铋系光催化剂研究进展

可见光响应的铋系光催化剂研究进展

的新种类半导体. TiO2 被认为是最好的单金属氧化 物,但是近期研究人员开发了包含多种金属的组合氧 化 物 ,提 供 更 多 组 合 ,开 创 了 一 个 新 的 领 域“ 带 隙 工 程”[1]. 第二种是开发新种类的催化剂,判别材料具有 更小带隙的一种可行方法是计算 O 的 2p 轨道和金属 s 轨道(例如 Bi6s)杂交构成的价带,因此,包含混合金 属氧化物的 Bi3+系光催化剂很长时间以来被认为具有 可见光活性,尽管其有有利的电子结构,但是只有极 少数 Bi3+氧化物被鉴定为具有可见光光催化活性. 单 斜的 BiVO4 带隙为 2.4 eV,在可见光(λ > 420 nm)照射 下显示出很高的裂解水产生 O2 的活性[2-3]. CaBi2O4 是 一个很有效的降解乙醛和亚甲基蓝的可见光光催化 剂,由于合成该氧化物较为困难,所以其适用性受到 一定限制[4]. Bi2WO6[5-6]、Bi2MoO6[7] 和 Bi2GaTaO7[8] 显示出
2010 年,Cui 等[18]使用煅烧方法,制得了纳米结构
图 1 Bi2WO6 晶体结构示意图 Fig.1 Schematic structure of Bi2WO6
的 Bi2WO6,并采用带有 420 nm 滤光片的 350 W Xe 灯 作为可见光源,取浓度为 0.05 mol/L 的催化剂在光照 时间为 60 min 的条件下,降解初始浓度为 10-5 mol/L 的罗丹明 B. 结果表明:200 ℃煅烧得到的 Bi2WO6 对染 料降解率达到 100%,而 300 、400、500 ℃煅烧得到的 Bi2WO6 活性分别为 94%、41%和 52%. 这是因为:随着 温度升高,结晶度增加,能够俘获电荷的晶体缺陷减 少,表面积减少,吸收光和发生光催化反应的活性点 减少;而 200 ℃得到的纳米片上有纳米晶作为量子点, 和纳米片形成异质结,产生光生电荷并延长它们的寿 命;此外,由于量子点的限制效应,异质结导带能级更 高、价带能级更低,光照下,光生电子和空穴由异质结 向基质纳米片迁移,导带电子迁移速度比价带空穴 慢,在量子点导带上留下更多电子,使光生电荷分离, 因而其可见光催化活性更高.

《基于Bi2MoO6和MoS2界面结构的构建及其污染物降解性能的研究》范文

《基于Bi2MoO6和MoS2界面结构的构建及其污染物降解性能的研究》范文

《基于Bi2MoO6和MoS2界面结构的构建及其污染物降解性能的研究》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展,环境污染问题日益突出,特别是水体污染问题,对人类健康和生态环境造成了严重威胁。

因此,寻找高效、环保的水污染处理方法已成为当今科学研究的重要任务。

其中,光催化技术因其在常温常压下能够高效地将污染物转化为无害物质,成为近年来研究热点之一。

本论文将探讨Bi2MoO6和MoS2界面结构的构建及其在污染物降解方面的性能研究。

二、Bi2MoO6和MoS2的概述Bi2MoO6和MoS2是两种具有独特结构和优异性能的材料。

Bi2MoO6是一种铋钼酸盐材料,具有较高的光催化活性和良好的化学稳定性;而MoS2作为一种典型的二维过渡金属硫化物,具有较大的比表面积和良好的电子传输性能。

这两种材料在光催化领域具有广阔的应用前景。

三、Bi2MoO6和MoS2界面结构的构建本研究首先通过合适的制备方法,将Bi2MoO6与MoS2紧密结合,形成具有良好接触界面的复合材料。

这一界面结构有利于提高光生电子和空穴的分离效率,从而提高光催化性能。

具体制备过程包括:首先合成Bi2MoO6纳米材料,然后通过物理或化学方法将其与MoS2纳米片紧密结合。

在界面结构构建过程中,应关注Bi2MoO6与MoS2之间的相互作用及对光催化性能的影响。

四、污染物降解性能研究在成功构建Bi2MoO6和MoS2界面结构后,我们对其在污染物降解方面的性能进行了深入研究。

选择几种典型的有机污染物作为研究对象,如染料、苯酚等。

在可见光照射下,通过监测反应过程中污染物的浓度变化,评估复合材料的光催化性能。

此外,我们还探讨了不同实验条件(如光源、催化剂用量、反应时间等)对光催化性能的影响。

五、结果与讨论实验结果表明,基于Bi2MoO6和MoS2的复合材料在可见光照射下对污染物具有较高的降解效率。

与单独的Bi2MoO6或MoS2相比,复合材料的光催化性能得到了显著提高。

《2024年基于异质结的Bi2WO6-Bi2O2CO3光催化剂制备及性能研究》范文

《2024年基于异质结的Bi2WO6-Bi2O2CO3光催化剂制备及性能研究》范文

《基于异质结的Bi2WO6-Bi2O2CO3光催化剂制备及性能研究》篇一基于异质结的Bi2WO6-Bi2O2CO3光催化剂制备及性能研究一、引言随着环境污染和能源短缺问题的日益严重,光催化技术作为一种绿色、环保的能源转换和污染治理技术,受到了广泛关注。

其中,光催化剂是光催化技术的核心组成部分。

近年来,Bi2WO6和Bi2O2CO3因其优异的光催化性能和环保特性,被广泛应用于光催化领域。

本文以制备基于异质结的Bi2WO6/Bi2O2CO3光催化剂为主要研究对象,对其制备方法及性能进行深入研究。

二、文献综述光催化剂的制备方法和性能研究一直是光催化领域的热点。

Bi2WO6和Bi2O2CO3作为两种具有优异光催化性能的材料,其复合应用更是备受关注。

异质结光催化剂的制备方法主要包括溶胶-凝胶法、水热法、沉淀法等。

其中,溶胶-凝胶法因其操作简便、反应条件温和等优点,被广泛应用于光催化剂的制备。

异质结光催化剂的优点在于能够提高光生电子和空穴的分离效率,从而提高光催化性能。

Bi2WO6/Bi2O2CO3异质结光催化剂的制备及其性能研究已成为当前研究的热点。

然而,关于其制备过程中各参数对光催化性能的影响以及实际应用的报道仍需进一步深入。

三、实验方法本文采用溶胶-凝胶法制备Bi2WO6/Bi2O2CO3异质结光催化剂。

具体步骤如下:1. 制备Bi2WO6前驱体溶液;2. 制备Bi2O2CO3前驱体溶液;3. 将两种前驱体溶液按照一定比例混合,进行溶胶-凝胶反应;4. 将得到的凝胶进行干燥、煅烧,得到Bi2WO6/Bi2O2CO3异质结光催化剂。

在实验过程中,我们研究了不同比例、不同煅烧温度等因素对光催化剂性能的影响。

四、结果与讨论1. 催化剂表征通过XRD、SEM、TEM等手段对制备的Bi2WO6/Bi2O2CO3异质结光催化剂进行表征。

结果表明,随着Bi2O2CO3含量的增加,催化剂的晶体结构发生变化,形成了良好的异质结结构。

F掺杂可见光催化剂Bi2MoO6的制备及其增强的光催化性能

F掺杂可见光催化剂Bi2MoO6的制备及其增强的光催化性能
宋继梅 , 胡海琴 , 周 亚运 , 宁 鹏, 马 蒙蒙 , 谢 有春
( 安徽大学化学化工学院 , 功能无机材料化学安徽省重点 实验 室 , 安徽 合肥 2 3 0 6 0 1 )

要: 通过 简单 的水热法成功合成 了氟掺杂 B i M o O 光催 化剂 , 通过 X R D、 T E M、 F r—I R、D R S等手段 对合成 产
d e g r a d a t i o n r a t e o f c o mp o s i t e F /Bi 2 Mo O6 r e a c h e d 9 9. 3 9% u nd e r i r r a d i a t i o n 1 0 0mi n whe n t h e a t o mi c r a t i o o f F /Mo wa s 0. 3.Th i s ma i n l y o ig r i n a t e d f r o m t h e s t r o n g v i s i b l e l i g h t a b s o r p t i v i t y a n d t h e e ic f i e n t s e p a r a t i o n o f p h o t o g e ne r — a t e d e l e c t r o n—h o l e pa i r s . Ke y wor ds : d o p i n g;F /Bi 2 Mo O6;p h o t o c a t a l y s t
p h o t o c a t a l y t i c a c t i v i t y o f Bi 2 Mo O6 we r e i n v e s t i g a t e d .W i t h a n i n c r e a s e o f l f u o in r e d o p i n g c o n c e n t r a t i o n,F l u o in r a t e d Bi 2 Mo O6 e x hi b i t e d t h e e n ha n c e d p ho t o a c t i v i t y f o r t h e Rh B de g r a da t i o n u n d e r t h e v i s i b l e l i g h t . Th e p h o t o c a t a l y t i c

Bi2MoO6粉体的制备工艺及性能研究

Bi2MoO6粉体的制备工艺及性能研究

Bi2MoO6粉体的制备工艺及性能研究Bi2MoO6粉体的制备工艺及性能研究一、引言Bi2MoO6是一种重要的无机功能材料,具有广泛的应用潜力。

它的制备工艺和性能对于其应用的发展具有重要意义。

本文将对Bi2MoO6粉体的制备工艺和性能进行研究,并探讨其在能源领域、环境污染治理等方面的应用。

二、Bi2MoO6粉体的制备工艺Bi2MoO6粉体的制备工艺主要有溶剂热法、固相法等。

其中,溶剂热法是一种制备Bi2MoO6粉体的常用方法。

它通过在溶剂中添加适量的Bi、Mo源,然后通过适当的温度和反应时间进行热处理,最终得到Bi2MoO6粉体。

固相法则是通过混合相应的Bi、Mo化合物,然后经过高温煅烧得到Bi2MoO6粉体。

三、Bi2MoO6粉体的性能研究Bi2MoO6粉体的性能研究主要包括晶体结构和形貌表征、光催化性能以及电化学性能等方面。

1. 晶体结构和形貌表征通过X射线衍射和扫描电子显微镜等方法,可以对Bi2MoO6粉体的晶体结构和形貌进行表征。

实验结果表明,Bi2MoO6粉体属于单斜晶系,晶体结构呈层状,具有一定的导电性。

2. 光催化性能Bi2MoO6粉体在能源领域的应用主要体现在光催化领域。

实验表明,Bi2MoO6粉体具有良好的光催化性能。

在太阳光照射下,Bi2MoO6粉体能够吸收可见光,并通过光催化反应产生活性氧化物,用于降解有机污染物。

此外,Bi2MoO6粉体还可用于太阳能电池的制备。

3. 电化学性能Bi2MoO6粉体在电化学领域也具有一定的应用价值。

实验结果表明,Bi2MoO6粉体可以作为电化学电极材料,用于制备超级电容器等。

四、Bi2MoO6粉体的应用前景由于Bi2MoO6粉体具有优良的光催化性能和电化学性能,因此在能源领域、环境污染治理等方面具有广泛的应用前景。

例如,Bi2MoO6粉体可以用于制备高效的光催化材料,用于降解有机污染物。

此外,Bi2MoO6粉体还可以应用于太阳能电池、超级电容器等领域。

《氧空位诱导Bi单质形成增强Bi2WO6光催化还原CO2性能研究》

《氧空位诱导Bi单质形成增强Bi2WO6光催化还原CO2性能研究》

《氧空位诱导Bi单质形成增强Bi2WO6光催化还原CO2性能研究》篇一一、引言随着人类社会的发展,全球环境问题日益突出,其中尤以二氧化碳(CO2)排放过量引发的温室效应问题最为严峻。

近年来,光催化还原二氧化碳成为环境治理领域的一大热点,被广泛认为是减缓二氧化碳排放并转化利用的重要途径。

然而,现有的光催化剂存在多种性能缺陷,包括高电子-空穴复合率、低量子效率等。

因此,开发高效、稳定的光催化剂是当前研究的重点。

在众多光催化剂中,Bi2WO6因其独特的层状结构和良好的可见光响应性能,被广泛用于光催化领域。

然而,Bi2WO6仍存在对可见光利用率不高和表面反应活性低等缺陷。

本研究以Bi2WO6为研究对象,探讨氧空位诱导Bi单质形成对增强其光催化还原CO2性能的影响。

二、材料与方法1. 材料准备本实验所使用的Bi2WO6采用溶胶-凝胶法制备。

首先,通过配制钨酸铋前驱体溶液并加入适当的添加剂(如氧化剂或还原剂),在高温下进行热处理,得到Bi2WO6样品。

2. 氧空位诱导Bi单质形成通过控制热处理过程中的气氛和温度,使Bi2WO6中产生氧空位,进而诱导Bi单质形成。

这一过程可通过X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等方法进行表征和验证。

3. 光催化还原CO2实验采用常规的光催化实验装置,在紫外光或可见光照射下,以Bi2WO6为催化剂进行CO2还原实验。

通过检测产物(如CO、CH4等)的生成量来评估催化剂的光催化性能。

三、结果与讨论1. 氧空位诱导Bi单质形成对Bi2WO6结构的影响通过XRD和XPS等表征手段发现,在热处理过程中产生氧空位后,Bi2WO6的晶体结构发生了一定程度的改变,同时观察到Bi单质的形成。

这表明氧空位的产生对Bi2WO6的结构和性能产生了显著影响。

2. 氧空位诱导Bi单质形成对光催化还原CO2性能的影响与未产生氧空位的Bi2WO6相比,含有氧空位并诱导生成Bi 单质的Bi2WO6在光催化还原CO2方面表现出更高的活性。

《2024年基于Bi2MoO6和MoS2界面结构的构建及其污染物降解性能的研究》范文

《2024年基于Bi2MoO6和MoS2界面结构的构建及其污染物降解性能的研究》范文

《基于Bi2MoO6和MoS2界面结构的构建及其污染物降解性能的研究》篇一一、引言随着工业化的快速发展,环境污染问题日益严重,其中水体污染已成为亟待解决的重大环境问题。

因此,开发高效、环保的水处理技术成为当前研究的热点。

光催化技术因其绿色、环保、高效等优点,在污染物降解领域展现出巨大的应用潜力。

Bi2MoO6和MoS2作为两种具有优异光催化性能的材料,其界面结构的构建对于提高光催化降解污染物的性能具有重要意义。

本文旨在研究基于Bi2MoO6和MoS2界面结构的构建及其在污染物降解方面的性能,为光催化技术的发展提供新的思路和方法。

二、Bi2MoO6和MoS2的概述1. Bi2MoO6Bi2MoO6是一种具有层状结构的铋系氧化物,具有优异的光催化性能和良好的化学稳定性。

其独特的电子结构和层状结构使其在光催化领域具有广阔的应用前景。

2. MoS2MoS2是一种典型的二维过渡金属硫化物,具有较高的比表面积和良好的电子传输性能。

其独特的物理和化学性质使其在光催化领域具有潜在的应用价值。

三、Bi2MoO6和MoS2界面结构的构建为了充分发挥Bi2MoO6和MoS2的光催化性能,本文采用一种简单有效的复合方法,将两者结合起来构建界面结构。

具体步骤如下:1. 制备Bi2MoO6纳米材料;2. 制备MoS2纳米材料;3. 通过物理混合或化学沉积的方法,将MoS2纳米材料负载到Bi2MoO6纳米材料表面,形成异质界面结构。

通过界面结构的构建,可以有效促进光生电子和空穴的转移和分离,从而提高光催化降解污染物的性能。

四、污染物降解性能研究本文选取了几种典型的有机污染物,如罗丹明B、甲基橙等,进行光催化降解实验。

通过对比不同条件下的降解效果,评价基于Bi2MoO6和MoS2界面结构的光催化性能。

实验结果表明,该界面结构在可见光下对有机污染物具有良好的降解效果,且具有较高的稳定性和可重复使用性。

此外,该界面结构对不同种类的有机污染物均表现出良好的降解性能,具有广泛的应用前景。

Bi2WO6的离子掺杂改性及光催化性能研究

Bi2WO6的离子掺杂改性及光催化性能研究

Bi2WO6的离子掺杂改性及光催化性能研究Bi2WO6是一种具有优异光催化性能的半导体材料,其具有宽能隙、高光吸收性能以及良好的光电化学性能。

然而,Bi2WO6在一些实际应用中存在一些问题,如光催化反应活性较低、光稳定性不高等。

因此,对Bi2WO6进行离子掺杂改性已成为提高其光催化性能的一种重要途径。

离子掺杂是指将其他元素的离子掺入Bi2WO6的晶格结构中,以改变其原有的物理和化学性质。

常见的离子掺杂元素包括铜、银、钙等。

这些元素的掺杂可以显著改善Bi2WO6的光催化活性和稳定性。

首先,铜(Cu)离子的掺杂可以有效扩宽Bi2WO6的光吸收范围。

铜的3d电子与Bi2WO6的导带和价带之间存在较强的耦合作用,填充了导带中的空位能级,提高了导带的占据态密度。

这使得Bi2WO6能够吸收可见光范围内的更多光子并形成更多的光生载流子对,从而提高光催化活性。

其次,银(Ag)离子的掺杂可以增强Bi2WO6的光生载流子的分离和传输能力。

银的掺杂使得Bi2WO6的导电性增加,降低了载流子的复合速率。

此外,Ag离子还能够吸附在Bi2WO6表面形成势垒,阻止光生载流子的逃逸和表面的复合,增加了载流子的有效寿命。

这些效果共同促使Bi2WO6的光催化活性的提高。

此外,钙(Ca)离子的掺杂可以提高Bi2WO6的光稳定性。

钙的掺杂能够减轻Bi2WO6在光催化反应中的表面酸碱性能,降低反应环境对Bi2WO6的腐蚀作用。

此外,Ca离子还能够改善Bi2WO6的光热性能,增加热稳定性和光稳定性。

需要注意的是,离子掺杂在一定程度上会改变Bi2WO6的晶体结构和晶格畸变,从而影响其光催化性能。

因此,在离子掺杂改性过程中,需要进行适当的离子掺杂量和掺杂时间的优化,以实现最佳的光催化性能。

综上所述,离子掺杂是一种有效的方法,通过改变Bi2WO6的晶格结构和物理化学性质来改善其光催化性能。

铜、银和钙等离子的掺杂可分别扩宽Bi2WO6的光吸收范围、增强光生载流子的分离传输能力以及提高光催化材料的光稳定性。

Bi2WO6光催化机理分析与性能优化的研究进展

Bi2WO6光催化机理分析与性能优化的研究进展

Bi2WO6光催化机理分析与性能优化的研究进展宋东东;高彦华;李文旭;夏明;李强;刘继东【摘要】Bi2 WO6 semiconductor with superior photocatalytic activity and advantages such as strong oxidizability ,corrision resistance tolight ,controllable morphology ,non-toxic and pollution free ,has become the research hotspot recently .However ,its narrow range of photoresponse and the low visible-light-induced photocatalytic activity effect its catalyst activity .Therefore ,it is of great importance to modify and control the morphology of present system .This article ,in reviewing of its photochemical catalysis machanism ,summarized energy efficiency mechanism improvement of Bi2 WO6 semiconductor and its composite materials on the aspects of interfacial modification ,energy level ,changes in lattice structure and quantum dimension effect ,and concluded optimizing methods for them .It can be esti-mated that improving both the modifying and morphology of Bi2 WO6 semiconductor will be key ways to solve the energy and environmental problems .%钨酸铋(Bi2 WO6)光催化剂已被证实具有良好的光催化性能,但由于其光响应范围较窄、光量子效率较低等问题,影响其催化活性,因此对现有体系的形貌调控、改性具有十分重要的意义.在阐述Bi2 W O 6光催化机理的基础之上,重点从界面修饰、能级调控、晶格结构以及量子尺寸效应四个方面,归纳了Bi2 WO6及其复合材料的能效提高机理,分析了改性的手段并总结了其优化措施.可以预测,通过从形貌、改性两方面分析,利用多元杂化方式对其改性将会是其作为光催化剂处理能源与环境问题的一个重要手段.【期刊名称】《化工科技》【年(卷),期】2017(025)006【总页数】7页(P74-80)【关键词】Bi2WO6;改性;光催化;可见光;综述【作者】宋东东;高彦华;李文旭;夏明;李强;刘继东【作者单位】东北石油大学化学化工学院石油与天然气化工省重点实验室 ,黑龙江大庆 163318;东北石油大学化学化工学院石油与天然气化工省重点实验室 ,黑龙江大庆 163318;东北石油大学化学化工学院石油与天然气化工省重点实验室 ,黑龙江大庆 163318;东北石油大学化学化工学院石油与天然气化工省重点实验室 ,黑龙江大庆 163318;东北石油大学化学化工学院石油与天然气化工省重点实验室 ,黑龙江大庆 163318;东北石油大学化学化工学院石油与天然气化工省重点实验室 ,黑龙江大庆 163318【正文语种】中文【中图分类】O643.36当今社会环境污染以及可再生资源的有效利用等是人类急需解决的问题。

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圈1.不同焙烧温度下的BizMoO‘催化剂的XRD谱
Fi91.XRD—№mofBi2M006calcincd砒diffmcnttcmperiturc
翻2.不同焙烧温度下的Bi2M006催化荆的TEM圈H92.删芦t蚋Ⅱ0f瑚士‘o瓯c柚面剃mdi廓眦ttempenlttlrC
图3给出了典型温度的漫反射图谱,可以看出。

Bi2MoO‘样品具有较宽的吸收带。

并且经过180"C煅烧过的样品在320帅处的吸收值较140和220"C的较强。

200300400500嘲700
*aveIen口IVnm
图3.不同温度煅烧下的埘小幻瓯的蘩外可见摄反射光谱
Fi妒.UV-V'垮呻柚舶塔fBi2MoO‘c心cincd缸di】瞻,哪佃田pc椭坤
2工BizM006的光催化活性考察
图4给出了P.hB在经过不同煅烧温度处理的Bi2lMoOs催化剂作用下的降解曲线圈。

从中可以看出180"C煅烧得到的BizM006的光催化活性最高;温度过高或者过低Bi2M006的光催化活性都降低。

并且可以看出,180"C煅烧得到的Bi小I006的光催化活性高于P25。

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