论文部分内容阅读
以半导体材料为光催化剂，利用太阳能消除污染物，是近年来较重要的研究课题。它对于保护环境、维持生态平衡、实现可持续发展具有重大意义。目前，普遍采用的光催化剂如TiO2、SrTiO3、NaTaO3等多为宽禁带半导体，仅在紫外光区有响应。而波长在400 nm以下的紫外光部分不足太阳光总能量的5％，太阳光能量主要集中在400—700 nm的可见光范围，达总能量的43％。传统的可见光光催化剂如CdS、CdSe等由于容易发生光腐蚀、不稳定也不环保。因此，研究和开发可见光驱动的光催化剂是提高太阳能利用率，最终实现光催化技术产业化应用的关键。
钼酸铋是一类重要的催化剂模型材料。此外，这类化合物由于其独特的物理性能还可作为离子导体、声光材料、光导体、气体传感器及光催化剂。但由于低温γ-Bi2MoO6相在600℃以上会转变为高温γ-Bi2MoO6相，因此钼酸铋的低温合成对钼酸铋的应用具有重要意义。目前对钼酸铋光催化性能的研究主要集中在γ-Bi2MoO6，但对水热条件下γ-Bi2MoO6纳米片的形成过程及形貌变化及光催化性能缺乏系统研究。对水热条件下三种钼酸铋的相结构变化、控制合成条件、光催化性能及其影响因素研究相对较少。
在此背景下，本论文利用水热法合成路线，通过对钼酸铋化合物的制备、表征和光催化性能研究，探索制备条件、合成工艺、形貌调控、能带结构与产物的结构变化和光催化性能之间的关系，从而为设计和开发新型的可见光光催化剂提供理论基础和实验条件。
首先，采用水热法在较低温度下合成了γ-Bi2MoO6纳米片，研究了水热反应参数如温度、时间对γ-Bi2MoO6结构和形貌的影响，阐述了形貌形成机理。光催化性能研究表明γ-Bi2MoO6纳米片在可见光下对罗丹明B显示了较好的矿化度，显示了在太阳能光催化方面的极大的应用潜力。并比较了不同有机助剂对产物形貌、尺寸和光催化性能的影响。
通过调控Bi/Mo比和pH值，采用水热法制备了α-Bi2Mo3O12、β-Bi2Mo2O9和γ-Bi2MoO6三种钼酸铋材料。研究表明，在较高的钼浓度和较低的pH值下形成了α-Bi2Mo3O12；较低的钼浓度和较高的pH值有利于形成γ-Bi2MoO6。尽管不能由水热法直接得到，但通过煅烧水热产物，得到了纯的β-Bi2Mo2O9化合物。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)和红外光谱(IR)的表征，对水热合成过程中相的转变规律、合成控制条件和形成过程进行了细致的论述，为水热条件下合成钼酸铋材料提供了重要参考，具有指导意义。光物理和光催化性能研究表明，三种钼酸铋材料显示了不同的光吸收性能和不同的可见光光催化活性，并从晶体结构、带结构、形貌、比表面积等方面详细讨论了光催化性能差异的原因。
水热条件下，当原始Bi/Mo配比从2/3到2．4/1，在pH等于7和9时，都获得了纯相的γ-Bi2MoO6。但此过程中拉曼峰发生了明显的频移，光催化性能发生了较大变化。深入分析了拉曼频移、结构变化和光催化性能之间的关系。
通过低温水热法，合成了无限互溶的Bi2Mo1-xWxO6(x=0～1．0)固溶体，避免了高温相变的发生。研究了该系列化合物晶格参数、晶粒尺寸、带隙和光催化性能的变化，为进一步提高钼酸铋可见光光催化性能提供了途径。