新型可见光催化剂BiVO4的制备方法

作为一种新型可见光催化剂,钒酸铋（BiVO₄）因为拥有较窄的禁带宽度（2.4eV）以及合适的导带和价带位置在可见光催化领域受到广泛关注,在水的光解以及有机污染物的降解等方面都有研究及应用。不同的制备方法对材料的形貌和结构都有较大的影响,进而影响到光催化剂的光催化性能。综述了国内外BiVO₄的制备方法,并在此基础上展望了该领域的发展方向。     

水热合成单斜晶系BiVO4可见光催化剂及其性能

采用水热法合成了纯单斜晶系的可见光催化剂BiVO4,考察了水热温度、水热时间和体系的pH值对BiVO4结构和光催化性能的影响。利用XRD、SEM、BET和UV-VIS对样品进行了表征,结果表明:获得的BiVO4具有中空棒状结构,升高水热温度、提高反应溶液的pH值、延长水热时间有利于单斜晶系BiVO4的生成。确定了BiVO4的最优合成条件为:水热温度140℃,水热时间6h,反应体系pH=9。选择亚甲基蓝溶液作为光催化降解物质,研究BiVO4的可见光催化性能和催化机理。结果表明,最优条件下制备的BiVO4具有较好的可见光催化性能;同时,增加降解体系的pH值提高了催化剂对亚甲基蓝的吸附能力和活化电子的利用效率,有利于提高BiVO4的光催化性能。     

溶液浓度对低温水热制备BiVO4形貌及光催化性能的影响

采用低温水热法合成了一系列BiVO4样品,以XRD、SEM、UV-Vis DRS、BET等测试技术对样品的晶相结构、形貌、吸光性能以及比表面积等进行了表征,以MB染料分子模拟环境污染物,考察了样品的光催化性能。探讨了不同起始溶液浓度对样品的形貌及其光催化性能的影响。结果表明,水热反应中,起始溶液浓度对BiVO4样品的形貌和尺寸有很大影响,当起始溶液浓度为0.01mol/L时,所得样品呈海藻头形;浓度为0.05和0.1mol/L时,所得BiVO4均呈鹅卵石形;浓度为0.5mol/L时,所得BiVO4呈土豆形。光催化实验结果表明,海藻头和鹅卵石形BiVO4具有较高的光催化降解能力,光催化反应180min后,对MB溶液脱色率达到75%左右,而土豆形BiVO4仅达到45%。此外,对低温水热反应过程中BiVO4样品的形成机理进行了探讨。     

水热/溶剂热法合成不同形貌结构光催化剂BiVO4的研究进展

BiVO4光催化剂的颗粒粒径、物相及形貌结构等因素都对其催化性能有显著影响,因此制备粒径、物相及形貌结构可控的BiVO4光催化剂具有重要意义。水热/溶剂热法是目前合成光催化剂BiVO4的一种重要方法,从影响水热/溶剂反应体系的因素方面概述了水热反应温度、反应时间、反应液pH值、表面活性剂以及反应溶剂等对终产物BiVO4的颗粒尺寸、物相结构以及形貌的影响。     

Cu掺杂BiVO4微米片的水热合成和光催化性能

以Bi(NO3)3.5H2O、NaVO3和Cu(NO3)2.3H2O为原料并以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为结构导向剂通过水热法制备了Cu/BiVO4微米片晶体。采用XRD、XPS、SEM、HRTEM、UV-Vis、比表面积测试等对产品进行了表征。结果表明,2.0 g CTAB辅助水热法能够合成结晶度高且形貌规整的单斜白钨矿Cu/BiVO4微米片晶体,其长度为1.0～2.0μm,宽度为0.5～2.0μm,厚度在200～300 nm内。相比BiVO4颗粒,片状Cu/BiVO4样品的紫外–可见光吸收边发生了稍许红移,具有较小的能带隙。光催化结果说明,5.0wt%Cu/BiVO4微米片表现出最好的光催化活性,其速度常数k为5.89×10–2/min,可见光照射10 mg/L亚甲基蓝溶液60 min的光解率达100%。     

纳米BiVO4/BaTiO3复合材料光催化降解性能

通过混合烧结法将BiVO₄与BaTiO₃复合获得BiVO₄/BaTiO₃复合光催化剂。采用XRD和FTIR分析了产物的物相,可知,BiVO₄/BaTiO₃复合材料中仅含有BiVO₄和BaTiO₃,无杂相生成。TEM观察发现,粒径约为55 nm的纳米BaTiO₃颗粒较好地附着在平均颗粒尺寸为~400 nm的BiVO₄颗粒表面,形成异质结构。选用酸性橙7（AO7）作为反应物模型,以模拟太阳光作为光源,研究了BiVO₄/BaTiO₃复合材料的光催化降解性能。结果表明:与BaTiO₃相比,BiVO₄/BaTiO₃复合材料的光催化降解活性显著提高;当BiVO₄的含量为8wt%时,BiVO₄/BaTiO₃复合材料的光催化效果最佳,光照6 h染料的降解率可达~68%,为BaTiO₃的1.9倍。BiVO₄/BaTiO₃复合材料的光催化性能较为稳定,循环使用3次后AO7的降解率仍有~62%。催化机制分析说明,BaTiO₃与BiVO₄复合后,光生电子和空穴能够向对方迁移,促进了光生电荷的分离,有利于光催化效率的提高。      

复合光催化剂CoFe2O4/BiVO4/电气石的超声-光催化研究

以电气石为载体,采用水热法原位生长BiVO₄、CoFe₂O₄,得到CoFe₂O₄/BiVO₄/电气石复合光催化剂,利用XRD、SEM、EDS、UV-Vis DRS等方法对材料进行了表征,通过降解灿烂绿对样品的声光催化性能进行评价。结果表明,在60 min可见光下,BiVO₄对灿烂绿的降解率为33.5%,CoFe₂O₄(10%)/BiVO₄(45%)/电气石对灿烂绿的降解率为74%;在60 min可见光+超声下,BiVO₄对灿烂绿的降解率为61.5%,CoFe₂O₄(10%)/BiVO₄(45%)/电气石在声光作用下(12 min内)对灿烂绿的降解率高达99.2%。高效的降解率可能与复合结构的异质结有关,CoFe₂O₄/BiVO_4<...     

溶胶–凝胶法制备Eu3+掺杂BiVO4及其可见光光催化性能

采用柠檬酸络合溶胶–凝胶法制备了Eu3+掺杂BiVO4新型光催化剂,通过XPS、XRD、SEM、BET和UV-Vis等手段对其进行表征和分析。并以甲基橙为模拟污染物,考察了BiVO4的可见光催化活性。结果表明,Eu3+掺杂前后BiVO4均为单斜白钨矿型,无其他杂质相生成,且由于掺杂Eu3+,晶体中V4+和氧空缺增多。掺杂后样品光吸收性能发生红移,但掺杂对其形貌和比表面积改变较小。Eu3+掺杂有效提高了BiVO4的可见光催化活性,当Eu3+掺杂量为0.2mol%时,BiVO4光催化效率最高,50 min内对甲基橙溶液的脱色率达95%,比纯BiVO4提高了62%左右。     

不同晶型BiVO_4微球的制备及其对光催化性能的影响

以Bi（NO3）3、NH4VO3为原料,NaOH为pH调节剂,采用微波水热法在180℃制备了BiVO4微球,分析了不同煅烧温度对晶型、形貌的影响,并进一步探讨了BiVO4晶型与其光催化性能的关系。采用XRD、SEM和UV-Vis吸收光谱对产品进行了分析表征,并以光催化降解亚甲基蓝为模型反应研究BiVO4的光催化性能。结果表明所制备的BiVO4微球是四方相结构,球的直径在1～3μm之间,将其在500℃煅烧后发生晶型转变,600℃煅烧可得到纯单斜相BiVO4微球,且具有良好的可见光催化活性。而且,不同晶型的BiVO4影响亚甲基蓝的降解效果。     

BiVO4的水热合成及其光催化分解水产氧性能研究

以无机盐为前体，采用表面活性剂为模板，水热法制备了具有较高含量的单斜晶系BiVO4．实验结果表明，随着水热温度的升高，产物中单斜晶系BiVO4的含量增大，其光催化分解水产氧的效果越好．讨论了制备的BiVO4在牺牲试剂Fe（NO3）3存在下的产氧效率及其与产物晶型的关系。在优化的实验条件下获得了较高的光催化分解水产氧效率。     

可见光催化剂钒酸铋的可控合成及性能研究

采用微波水热法, 以BiVO₃·5H₂O和NH₄VO₃为原料, 通过调控前驱液pH可控合成了不同晶体结构的可见光催化剂BiVO₄。利用X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(UV-Vis)、拉曼光谱(Raman)和场放射扫描电镜(SEM)等手段对所制备的样品进行了表征和分析, 探讨了不同晶体结构BiVO₄的形成机理; 同时以亚甲基蓝和一氧化氮为降解对象, 考察了样品的光催化性能。结果表明, 当前驱液pH为3~5时, 制备的BiVO₄为四方锆石结构(z-t), 形貌为微米球; 前驱液pH小于2或大于7时, 制备的BiVO₄为单斜白钨矿结构(s-m), 形貌为多面体。这可能是由于前驱液pH的变化, 致使前驱液中钒酸根离子和铋离子的存在形式发生了转变, 进而影响BiVO₄的形成历程, 使得BiVO₄样品的晶体结构、形貌、晶面裸露以及VO₄四面体等发生了改变。光催化试验结果表明, BiVO₄(s-m)光催化活性优于BiVO₄(s-t)。当前驱液pH为9时, 制备的BiVO₄(s-m)样品由于结晶度高、 (040)晶面暴露率高和VO₄四面体畸变程度大, 表现出优异的光催化活性。     

水热法制备Cu掺杂可见光催化剂BiVO4及其光催化性能研究

以Bi(NO3)3.5H2O、NH4VO3、Cu(NO3)2.3H2O为原料,采用水热法合成了Cu-BiVO4光催化剂,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外漫反射(UV-Vis)等测试手段对催化剂进行了表征.结果表明,提高前驱液pH值,可得到单斜晶系白钨矿型Cu-BiVO4光催化剂,BiVO4的晶型结构并未随着Cu掺入量的增加而改变.光催化剂中的Cu元素以CuO和Cu2O的形式存在.Cu的引入使可见光吸收带发生红移,吸收强度明显提高.可见光催化降解亚甲基蓝溶液的结果表明,Cu掺杂有利于提高BiVO4的活性.其中pH值为5.0、Cu掺入量为1.0wt%的BiVO4具有最好的光催化效果,可见光照射60 min后,对初始浓度为10 mg/L的亚甲基蓝溶液的最高降解率由纯BiVO4的57.4%提高到97.8%.并对Cu掺入后光催化活性提高的机理进行了分析.     

Bi2WO6的水热合成及其光催化性能研究

水热法合成了Bi2WO6粉体,并采用XRD、FESEM及UV-Vis分光光度计对样品进行表征,研究了不同合成条件对产物形貌和催化性能的影响.UV-Vis漫反射谱表明产物在紫外和可见光区域均有吸收.样品的光催化性能通过降解RhB溶液来评价.结果表明:180℃,pH=2下合成24h获得的Bi2WO6紫外光催化性能最好,反应速率常数为0.03688/min.还讨论了不同pH值对合成样品催化性能的影响.催化剂的稳定性实验通过180℃,pH=2下合成24h获得的Bi2WO6多次催化实验来评估,结果表明4次循环实验后,样品的催化性能未有明显地衰减.在可见光下照射150min,催化剂对染料的降解率达到38%.     

水热法合成单斜晶相BiVO4及其可见光催化活性研究

以Bi（NO3）3·5H2O和V2O5作为铋源和钒源,水热合成法成功合成出枝晶状m—BiVO4,采用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶变换红外光谱（FT—IR）和紫外一可见光谱（UV—Vis）等方法对样品进行了详细的理化性能表征,结果证明,合成的光催化剂是结晶良好的枝晶状m-BiVO4：m—BiVO4中心微米棒边缘光滑,粗细均匀,平均直径为500nm,长度范围为6—10μm;两侧分枝长度范围在5—8μm,平均直径为400nm。试验选用刚果红作为目标降解有机染料,研究m—BiVO4对其光降解活性,120min内刚果红的光降解率达到了90％。     

两步水热法制备BiOCl-RGO纳米复合材料及其光催化性能

用两步水热法合成了BiOCl-RGO复合材料。先在乙二醇和去离子水的混合溶液中合成直径约为400 nm、由纳米片构成的微球状单一BiOCl样品,在此基础上引入RGO载体制备出BiOCl-RGO纳米复合材料。使用Raman光谱、XRD、XPS等手段表征样品的物相构成,用SEM和TEM观测其微观形貌,通过降解甲基橙评定样品的光催化性能。结果表明,水热温度显著影响复合材料的光催化性能,在140℃制备的BiOCl和石墨烯结合的样品具有最高的光催化性能。     

水热合成纳米BiVO_4的制备及表征

以NH4VO3和Bi(NO3)3.5H2O为原料,采用水热合成法制备BiVO4,考察前驱体pH值、水热反应时间、水热反应温度对BiVO4晶相结构及光吸收性能的影响。优化水热法合成BiVO4的制备条件,采用X射线衍射、傅里叶红外、紫外-可见吸收光谱、比表面积等表征手段对产品进行分析。结果表明,适当的制备条件可使BiVO4获得理想的单斜晶相,具有良好的光催化性能。     

不同介质中水热合成纳米TiO2粉体及其光催化性能研究

以钛酸四丁酯为原料, 采用水热法分别以蒸馏水、有机小分子化合物(正丁醇、丙二酸和乙二胺水溶液)和无机酸(HNO₃、H₂SO₄和HCl)为介质合成了TiO₂纳米粉体. 通过XRD和TEM对所得TiO₂粉体进行了表征, 研究不同介质对所得TiO₂粉体的晶相组成、颗粒尺寸及形貌的影响. 结果表明: 以蒸馏水为介质时所得锐钛矿TiO₂的颗粒尺寸分布不均匀; 有机化合物抑制锐钛矿型TiO₂各向异性生长趋势的能力为: 正丁醇>丙二酸>乙二胺; 相同实验条件下, HCl、H₂SO₄及HNO₃体系中分别获得金红石、锐钛矿及锐钛矿和金红石混晶TiO₂. 光催化降解甲基橙的研究表明, 锐钛矿和金红石混晶TiO₂的光催化活性要高于纯锐钛矿结构; 纯金红石型TiO2的光催化活性最差.