BiVO4-CdS复合光催化剂的制备及对四环素降解性能研究.pdf

摘 要 光催化技术作为一种解决环境污染和能源紧缺的理想途径受到了广泛的关注。然而光催化过程 中仍然存在电子空穴复合率高、降解速率低、光吸收能力不足等问题。因此，本文以钒酸铋（BiVO ） 4 和硫化镉（CdS ）为主要研究对象，通过构建不同的Z 型复合光催化剂，解决光催化剂催化过程中 存在的问题，通过不同的表征手段对复合光催化剂进行表征分析，并通过对四环素的降解来测定光 催化剂的性能，最后对复合光催化剂降解四环素的机理进行分析。具体研究内容如下： （1）高效快速地制备具有新颖形貌的光催化剂是一个热门的研究课题。用表面活性剂辅助微波 法制备了不同形态的BiVO ，分别表现出不规则的（无表面活性剂）、八面体的（十二烷基苯磺酸钠）、 4 橄榄球状的（聚乙烯吡咯烷酮）和空心结构（乙二胺四乙酸）。采用化学浴沉积法，以不同形貌的 BiVO 为底物，合成了BiVO -CdS 。空心结构的BiVO 显示出最高的光催化性能。此外，中空结构 4 4 4 BiVO -CdS 对四环素盐酸盐的光降解速率是中空的BiVO 约1.8 倍，表明Z 型异质结可以提高光生 4 4 电子对的分离效率。此外，还对利用表面活性剂产生的形态和能带位置的调节机制进行了深入研究， 这为高效快速制备具有特殊形态和高性能的光催化剂提供了新的思路。 （2 ）界面电荷分离和异质结体系有助于提高其光催化性能。为此，我们设计了一种Z 型BiVO4 （040 ）-Ag@CdS 的新型光催化剂，其中Ag 在 BiVO4 的（040 ）晶面上进行光沉积，作为 BiVO4 和CdS 之间的“连接体” 。XRD 和SEM 的表征清楚地表明BiVO4 （040 ）-Ag @ CdS 是通过分层制备 的。光电化学性能表明，具有高比例（040 ）晶面的BiVO4 和具有纳米棒结构的CdS 可以显著提高 光催化性能。100%BiVO4 （040 ）-Ag @ CdS 对四环素盐酸盐表现出优异的光降解速率，这一研究为 提高光电子空穴对的分离效率和光降解难处理的有机污染物提供了新的思路。 （3 ）氧空位可以有效捕获铋基光催化剂中的电子，并且可以在Z 型复合光催化剂中充当电子 介质，从而提高光生电子-空穴对的分离效率。因此，通过水热法制备了树叶状的BiVO ，通过硼氢 4 化钠一步还原法，得到了富含氧空位的Bi/BiVO ，最后通过化学浴沉积法制备了Bi/BiVO -CdS 复 4 4 合光催化剂。Bi/BiVO -CdS 光催化剂对四环素有最高的降解速率，光催化机理分析表明，Bi 金属在 4 光催化体系中起到了增强光吸收能力的作用，氧空位在光催化体系中起到了中间载体的作用，提高 了电子和空穴的分离效率。这项工作为氧空位和Bi 金属的利用提供了新的发展方向。 关键词： 钒酸铋；硫化镉；四环素；光催化；Z 型异质结 I Abstract Photocatalytic technology has received widespread attention as an ideal way to solve the problem of environmental pollution and energy shortages. However, the photocatalytic process still has problems su