液相法制备钒酸铋光催化剂及其光催化活性增强机理的研究

采用微波水热法以Bi(NO3)3o5H2O和NH4VO3等为原料合成单斜相BiVO4和单斜四方共存BiVO4粉体，研究反应条件对BiVO4晶相、形貌及粒度的影响，探索BiVO4光催化剂的最佳制备条件；以罗丹明B为目标降解物，研究单斜相BiVO4、四方相BiVO4及两者的混相的光催化性能机理；以过渡金属、碱土金属、稀有金属离子和非金属离子掺杂改性BiVO4光催化剂，研究掺杂对BiVO4光催化剂微观结构和光催化性能的影响，探讨其在可见光下光催化活性增强机理；以有机硅烷等为原料，用紫外光照射改变基板表面的官能团，在基板表面形成高度有序的单分子膜，用液相反应自组装法在基板上诱导制备BiVO4薄膜，通过研究Bi、V的水合化学，探索适合低温制备BiVO4薄膜的溶液体系，研究薄膜的微观结构、热处理、复合薄膜的结构设计及A 位或B位掺杂等对BiVO4薄膜光催化性能的影响，解决BiVO4催化剂分离回收问题。

本项目用微波水热法合成了多级结构的BiVO4光催化剂，评估了催化剂的降解和矿化能力，研究了催化剂光活性提高的机理；实现了单斜相ｍ-BiVO4的可控制备，pH=0.59时，合成了八面体状和十面体状ｍ-BiVO4，pH=0.70-1.21时合成球状或类球状混相BiVO4，紫外光下具有高催化活性；pH=2.55时，制得四方相t-BiVO4，pH=3.65时，发生四方相向单斜相转变，出现几十纳米树枝状体单斜相晶体，pH=4.26-9.76时合成的BiVO4都是单斜相，形貌由不规则棒状或树枝状演变成鱼排骨状，pH＝7.81时合成的不规则短棒状单斜相晶体在可见光下具有好的催化活性，当pH＞9.76时，合成的粉体为混相BiVO4，出现Bi2VO5.5、Bi7VO13、Bi2O3、Bi2O2.75等晶相，光催化活性下降；氮掺杂使BiVO4晶体沿(040)晶面取向生长为片状或圆饼状晶体，吸收边明显红移，在不同光源下(040)晶面上BiV4多原子中心和表面氧空位能提高光生载流子的分离，抑制载流子的复合使N/BiVO4光催化活性都高于纯相BiVO4粉体；水溶液中形成的t-REVO4(RE稀土元素）晶种诱导非晶ｍ-BiVO4相变为，RE3+进入BiVO4晶格，使其发生晶粒取向生长，形成纳米棒状颗粒，RE-BiVO4在紫外光区有强吸收，吸收边蓝移，t-Gd-BiVO4在模拟太阳光照射120min对RhB的降解率达到96%，TOC去除率为63.1%，比ｍ-Gd-BiVO4活性高出66%；t-Nd/BiVO4具有上转换特性，归属于Nd3+从基态4I9/2到2G7/2、4G5/2、4F9/2和4F7/2激发态的特征，Nd/BiVO4在模拟太阳光下120min对RhB的降解率达到94%；Nd-Er/BiVO4上转换特性属于Nd3+激发态的特征和Er3+从基态4I15/2到4F7/2、2H11/2和4F9/2激发态的特征，在模拟太阳光下150min对RhB的降解率达到98%；mg-C3N4/Nd-Er-BiVO4形成异质结有助于光生电子空穴的分离，在模拟太阳光下120min下对RhB的降解率达到94%；由于g-C3N4片层的空间位阻效应和 g-C3N4结构单元间缩聚反应，自组装成球状n型半导体g-C3N4包覆t-Bi1-xGdxVO4异质结，具有紫外光响应特性，可快速将RHB分子矿化。