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基于BiVO4纳米纤维的异质结材料制备及其光催化性能研究

摘要

随着科技的迅速发展和工业化水平的完善，人们的生活质量不断提高，然而，环境

污染的问题也愈发严重。在众多解决环境污染的方法中光催化技术因其操作简单、高效

和环保的特点从中脱颖而出，该方法经过数十年的发展已经愈发完善。然而传统方式制

备出的光催化剂仍然存在一些缺陷，弥补这些缺陷常见的方式包括将催化光源由紫外光

波段转向可见光波段、半导体材料结合形成异质结或者掺杂金属粒子、改变材料的结构

等。本文通过静电纺丝的方式增加了光催化材料的比表面积，使其可以充分与污染物接

触且利于回收，防止二次污染；通过BiVO4和BiPO4结合形成异质结的方式增强光电流

响应能力从而增强催化性能；根据表面等离激元共振效应（Surfaceplasmonresonance

effect，SPR）通过掺杂Ag的方式增加光生载流子的数量从而进一步提升催化效果。本

文具体的研究内容如下：

1．以乙酰丙酮氧钒、五水硝酸铋和有机溶剂作为原材料配置前置液，通过静电纺丝

装置制备出BiVO4纳米纤维。该方式制备出的BiVO4纳米纤维表面光滑且粗细均匀。再

使用热溶剂法将BiPO4与BiVO4纳米纤维结合，通过改变五水硝酸铋和磷酸二氢钠的使

用量，制备了不同比例的BiVO/BiPO异质结光催化剂。以盐酸四环素（Tetracycline

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hydrochloride，TC）作为污染源进行光催化实验。实验结果表明，样品BVPO-2在1h

内对盐酸四环素的降解率为77.62%，平均光催化速率是BiVO4的1.85倍，BiPO4的

15.63倍。这是因为在这两种物质结合形成异质结后，光生电子和空穴的分离速率变快

且不容易重新结合从而提高材料的光催化活性。

2．将BiVO/BiPO泡在不同含量的硝酸银溶液中，在紫外灯的照射下硝酸银分解

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生成Ag单质附着在BiVO/BiPO表面，通过控制硝酸银的用量制备出不同比例的

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Ag/BiVO/BiPO。催化TC实验结果表明，AgBVPO-2在1h内对盐酸四环素的降解率

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为87.06%，平均光催化速率是BiVO4的2.7倍，BiPO4的22.78倍，BVPO-2的1.46倍，

表现出优异的效果。电化学阻抗谱（Electrochemicalimpedancespectroscopy，EIS）显示

BiVO/BiPO和Ag/BiVO/BiPO的阻抗较低，表明他们具有更好的电荷转移性能，瞬态

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光电流响应表明异质结的形成和Ag粒子的加入可以提高电子和空穴对的分离效率；在

稳态光致发光（Photoluminescence，PL）光谱中可以看到BiVO/BiPO和Ag/BiVO/BiPO

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的发射峰较低，表明两种催化剂中光生电子和空穴的复合速率低，不容易复合。捕获实

+-

验结果表明h和·O是BiVO/BiPO和Ag/BiVO/BiPO催化TC的主要活性物质。根据

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哈尔滨工程大学硕士学位论文

BiVO4和BiPO4的导带、价带和禁带宽度的数据，结合捕获实验的结果可以推断出

BiVO/BiPO异质结光催化剂和Ag/BiVO/BiPO异质结光催化剂的光催化反应机理。

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关键词：BiVO；光催化；静电纺丝；异质结；SPR