鉍系氧化物薄膜制備及光電性能研究.pdf

1、鉍系氧化物由于其具有無毒，可見光響應，儲量豐富等優勢而被認為是一種在光催化領域有研究前景的光催化材料。目前對其的研究主要集中在粉體光催化劑上，而其在降解過程中存在著在水中易凝聚、失去活性、使光的穿透力受阻，難于分離和回收和不適用于連續流體體系等問題限制了其在光催化領域的廣泛應用。而采用適當的方法將鉍系氧化物制備成薄膜便有望突破上述限制。為此本工作采用靜電誘導層層自組裝和旋涂法的方法合成鉍系氧化物薄膜，研究了其工藝對其形貌結構，光電性能，

2、催化效果等的影響，探討 BiVO4薄膜的生成機理，研究薄膜的光電性能與光催化性能之間的聯系；揭示其內部電荷運動規律以及催化機理。
　　本研究主要內容包括：⑴用靜電誘導層層自組裝的方法制備單斜相BiVO4薄膜。前驅液濃度為0.01 mol/L，晶化溫度為500 oC時制備的單斜相BiVO4薄膜具有較高的光生電子-空穴分離率和電荷轉移效率，可見光下照射180 min后對羅丹明B降解率為26％。反應初期，功能化的基板誘導吸附[Bi(NO

3、3)3VO2]+膠粒，形成[Bi(NO3)3VO2]-O-FTO前驅薄膜層，前驅液中酸性的逐漸減弱，溶液中形成電中性的 BiOVO3膠核，被基板上[Bi(NO3)3VO2]層誘導吸附，形成(BiOVO3)[Bi(NO3)3VO2]層，隨著時間的增加溶液的zeta電位逐漸增加，形成[(BiOVO3)NO3]-膠粒，被基板上(BiOVO3)[Bi(NO3)3VO2]層誘導吸附，形成[(BiOVO3)NO3](BiOVO3)[Bi(NO3)3

4、VO2]層，隨著時間的增加，前驅液中NH3+，被進一步吸附，形成NH3[(BiOVO3)NO3](BiOVO3)[Bi(NO3)3VO2]層，晶化處理后形成BiVO4薄膜。⑵用靜電誘導層層自組裝的方法制備出BiVO4/TiO2復合薄膜。復合薄膜中BiVO4與TiO2之間形成了類p-n結的界面結構，電子從BiVO4向TiO2方向傳遞、空穴從TiO2向BiVO4方向傳遞。光照瞬間復合薄膜沒有出現明顯的陽極尖峰表面電子復合率降低。復合薄膜與單

5、一薄膜相比擁有高的氧化能力和載流子濃度。⑶用旋涂法制備CeO2/CexBi2-xWO6電極薄膜，發現CeO2/CexBi2-xWO6異質結形成的負光電流現象與光催化過程中空穴和超氧自由基為活性物種有關，異質結結構的存在增加了光生電子-空穴分離率以及減少了電荷轉移時間。CeO2/CexBi2-xWO6光催化效果改善的因素主要是由于異質結結構光生促進電荷和Ce3+的取代導致光生電子-空穴的復合過程的延緩。⑷微波溶劑熱中乙醇和Er3+能抑制B

6、i2WO6的形成。煅燒后形成高結晶性的Er3+摻雜Bi2-xErxWO6晶體，用旋涂法制備將Bi2-xErxWO6光電極。Er3+摻雜使 Bi2-xErxWO6電極表面光電子復合率增加為70.93%和表面光電流增加，具有較高的氧化能力和可移動電子。電極的電荷轉移電阻從1415 kΩ減到826.1 kΩ，表明電子-空穴分離率較強。電極在波長為542 nm和654 nm處出現光電轉換特征峰。其光電流較大的原因主要是由于Er3+摻雜引入了大量