钒酸铋/石墨烯纳米复合材料的制备及光催化还原应用研究
半导体材料的光催化技术在环保领域具有良好的应用前景。钒酸铋是一种具有较好催化性能的窄带系半导体材料，由于比表面积较小以及空穴-电子对易复合，致使其光催化性能还有很大的提升空间。石墨烯是具有强导电性、零带隙、大比表面积的二维纳米材料。将钒酸铋与石墨烯进行复合制备复合材料，可望提高钒酸铋的光催化性能，并产生协同效应。本文通过水热还原法和微波法分别制备出了蝴蝶型薄片状的钒酸铋/石墨烯纳米复合材料和薄片堆叠状的钒酸铋/石墨烯纳米复合材料，通过多种表征手段对复合材料和纯物质的晶型、外貌、组成以及禁带宽度等进行了表征分析，并对材料的光还原应用性能进行了研究。主要的研究内容和结论如下: 1.水热法制备BiVO4/GN纳米复合材料及其应用研究。通过不同配比的氧化石墨和钒酸铋复合，研究了复合材料的光催化活性和光催化性能，并且对优化条件下制得的复合材料进行了表征分析。结果表明:在不同配比氧化石墨和钒酸铋制备出的复合材料中，GB40(40mg GO∶1mmolBiVO4)的比例较优。复合材料中的钒酸铋为蝴蝶型薄片状，长径比在2.5-3.0之间，最长边大约70-150nm。100mg复合材料光催化还原10mg/L、100mL的重铬酸钾溶液(Cr(Ⅵ))，光照150min后，Cr(Ⅵ)的降解率可达到95.6％，大约是单纯BiVO4催化效果的2.5倍。光催化还原 CO2，采用200mg BiVO4/GN纳米复合材料作为催化剂，光照10h之后，乙醇产率达到57.8μmol/L，比纯钒酸铋高27.3％。 2.微波法制备BiVO4/GN纳米复合材料及其应用研究。研究了最佳反应时间、反应材料配比、反应材料添加顺序以及其光催化性能。实验结果表明:微波反应时间在15min、材料配比为GB30（30mg GO∶1mmol钒酸铋）、优先加入硝酸铋时，能够生成晶型稳定、催化活性高的催化剂。复合材料中钒酸铋是由厚度为20-25nm的薄片堆积而成的。100 mg复合材料光催化还原10mg/L、100mL的Cr(Ⅵ)溶液，光照150min后，Cr(Ⅵ)的降解率可达到90.32％，大约是单纯BiVO4催化效果的2.5倍。
钒酸铋;石墨烯;纳米复合材料;微波法制备;光催化活性;协同效应
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
毋伟
2015
中文
TB333;O643.322
79
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）