過渡金屬化合物光催化劑電化學性質及應用基礎研究.pdf

1、本項目在國家“十一五”科技支撐計劃課題(批準編號：2007BAE42B04)資助下，通過電化學研究方法，對光催化劑硬脂酸鐵、二茂鐵及氨基甲酸鎳等三種過渡金屬化合物及其復配物的電化學性質進行研究，探討其催化氧化還原反應的能力；通過環境降解實驗對其光催化效果進行了驗證；并通過摻雜氯化鐵改性釩酸鉍，得到可見光響應的復配光催化劑。研究結果如下：
　　 (1)硬脂酸鐵在磷酸緩沖溶液中的反應為擴散控制的準可逆過程，其對H2O2的氧化起到不可

2、逆的催化作用。二茂鐵電極在磷酸緩沖溶液中的反應也為擴散控制的準可逆過程；隨著過氧化氫濃度的增加，二茂鐵氧化還原峰電流出現先減小后增大的現象，在10-4mmol/L時氧化還原峰電流出現最大值。之后，隨著過氧化氫濃度的增大，二茂鐵氧化還原峰電流又開始降低。氧化還原峰電位差也出現隨著過氧化氫濃度的增加先降低后增大的現象，在10-4mmol/L時氧化還原峰電位差出現最大值，其電位差由0.209V增大至0.326V。之后，隨著過氧化氫濃度的增大，

3、二茂鐵氧化還原峰電位差又開始降低。氨基甲酸鎳電極在磷酸緩沖溶液中的反應為復雜的不可逆過程，其對H2O2沒有明顯的催化氧化還原作用。
　　 (2)通過對硬脂酸鐵、二茂鐵及氨基甲酸鎳等三種光催化劑進行復配，可顯著優化光催化劑的性能。電化學研究發現，復合光催化劑中，二茂鐵是提供主要氧化還原電對的物質，氨基甲酸鎳對硬脂酸鐵和二茂鐵的氧化還原有明顯的抑制作用，在氨基甲酸鎳存在的情況下，硬脂酸鐵與氨基甲酸鎳協同作用對二茂鐵的氧化還原起到更強

4、的抑制作用。其中，配比為1：4：1(硬脂酸鐵：二茂鐵：氨基甲酸鎳)的三元共混物在所有共混物中具有最強的氧化還原能力。
　　 (3)高溫固相法合成了半導體型光催化劑釩酸鉍，通過過渡金屬化合物氯化鐵摻雜對其進行了改性。XRD譜圖表明BiVO4和Fe/BiVO4其衍射譜與單斜型BiVO4(JCPDS標準卡No.14-0688)的標準譜幾乎完全重合。紅外譜圖表明BiVO4的特征吸收在829cm-1，標定為VO43-的對稱伸縮振動；746

5、cm-1有一個寬而強的紅外吸收帶伴隨著在672cm-1處弱的肩峰，標定為VO43-的變形彎曲振動，均為單斜相的特征吸收峰。DRS表征表明摻鐵釩酸鉍對可見光的吸收強度變大，光吸收范圍拓寬至500-800nm，光催化活性得到提高。電化學循環伏安法分析發現，在光照下，BiVO4電極和Fe/BiVO4電極均出現了明顯的峰電流。電化學阻抗譜分析表明，在可見光照射后，BiVO4電極的電阻較避光下有了明顯的減小，不同Fe摻雜量的Fe/BiVO4電極的