釩酸鉍-石墨烯復合材料的制備及光催化性能研究.pdf

1、半導體光催化材料是指在光作用下可以誘發光氧化-還原反應的一類材料，能在紫外光或者可見光照射下降解各類有機污染物、殺滅細菌和分解水產氫和產氧。其中釩酸鉍是性能優異、可見光響應的半導體金屬氧化物，其光吸收性能好，無毒，化學穩定性好，分散性好，因此在空氣凈化、水處理、高效光催化、光解水等領域具有廣闊的應用前景。
　　本課題選擇石墨烯為基體，研究了釩酸鉍和石墨烯復合光催化劑的可控制備方法。選擇石墨烯為基體的主要原因如下：首先，石墨烯可以調

2、整能帶結構或者作為光敏劑增加對光的吸收，將其光吸收范圍拓寬至全光譜；其次，石墨烯良好的導電性可以促進電子和空穴的傳輸，進而降低載流子的復合。再次，石墨烯的比表面積很大，可以為表面催化反應提供更多的反應位點。本論文采用水熱法以及超聲輔助的濕化學法，制備得到兩種釩酸鉍/石墨烯復合材料，并對兩種材料在光催化分解水和光降解方面的應用進行了深入研究。主要研究結果如下：
　?。?）采用水熱法以及冷凍干燥制備類氣凝膠狀的（010）活性面的釩酸鉍

3、片層/石墨烯復合物RGO-BVO。分析表明RGO-BVO復合物中釩酸鉍片層暴露的為（010）活性面，復合物中釩酸鉍和石墨烯之間通過一定化學鍵合作用聯系在一起。相對于釩酸鉍塊體，其催化性能得到顯著提高，歸因于光催化過程中釩酸鉍和石墨烯的協同效應，石墨烯使得復合物導電性增加，釩酸鉍和石墨烯之間的化學鍵合作用使得光生載流子的復合效率大大降低。
　?。?）采用超聲輔助的濕化學法制備類粒子大小可控的具有核殼結構的BiVO4@C，并將之成功負

4、載在石墨烯上（RGO-BVO@C），分析表明RGO-BVO@C-X復合物中釩酸鉍顆粒大小可控(RGO-BVO@C-1、RGO-BVO@C-2、RGO-BVO@C-3中釩酸鉍顆粒大小依次為~15nm、~60nm、~500nm)，并且存在核殼結構；進一步討論了大小可控釩酸鉍顆粒的生長機理。研究結果表明RGO-BVO@C-X復合物中釩酸鉍、無定型碳膜、石墨烯之間存在一定的化學鍵合作用，并通過第一性原理模擬其電子結構進一步確認Bi-C和V-C鍵

5、合的存在。催化性能的活性順序均為：BVO