高(010)活性晶面暴露的BiVO4晶体的合成、改性及其光催化性能研究文献综述

 2021-11-01 10:11

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一、课题背景随着工业的不断发展,能源枯竭与环境恶化的关系日渐成为人们关注的话题,而半导体光催化技术是目前缓解能源与环境问题的有效措施[1]。

该技术不仅能利用太阳光照射产生氧化性物质从而降解污染物净化空气,而且还可以通过光还原二氧化碳合成清洁燃料等用途,但通常其催化率总有一些不尽人意,为了获得更好的光催化效果,增加光催化的效率,需寻找一种更好的光催化材料。

1972年,Fujishima和Hongda[2]发表了一篇在TiO2电极上光解水的论文,成为光催化研究的一个开端。

传统的n型半导体光催化材料TiO2,由于其带隙宽(Eg≈3.2 e V),光生电子-空穴对复合率高[3]等缺点,导致TiO2对可见光的利用率较低,而钒酸铋(BiVO4)具有良好的可见光反应性,无毒,稳定且禁带宽度较小,在可见光波段可以发生响应[4]等优点,现在多被用于光催化反应。

BiVO4主要有三种结构:单斜白钨矿结构、四方白钨矿结构和四方锆石结构[5],这三种结构中,单斜BiVO4光催化性能相对最优,同时,由于不同晶面的不同暴露比也会直接影响游离的电子和空穴的分布、以及光生载流子分离效率等一些化学性质,进而影响其光催化活性,所以本文会对单斜BiVO4的高活性面等方向研究。

二、半导体光催化剂的基本原理如图所示,半导体能带由一个充满电子的价带(Ev)和一个未占有的导带(Eb)组成。

价带(Ev)与导带(Eb)之间的宽度为禁带,用Eg来表示。

当有一束光(hv)能量大于或等于禁带的宽度(Eg),照射在半导体上时,价带(Ev)上的电子(e-)会获得能量穿过禁带跃迁至导带(Eb)中,同时在价带上留下相应的空穴(h ),随后,光生电子-空穴对会与表面的吸附物质发生反应,即氧化还原反应,从而达到降解污染物,净化空气的目的。

图1入射光照射时能带的反应过程三、BiVO4光催化剂的研究现状众所周知,近几年BiVO4成为光催化领域的一个热门研究对象。

Dong S et al[6]使用NH3 H2O控制PH从而制得花生,哑铃和花状等多种形状。

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