摘 要
钒酸铋光催化剂除了其晶体结构之外，其表面吸附行为、表面的微观结构即粉体形貌也是影响光催化效果非常重要的一个方面。常见的BiVO4多为块状、棒状、片状、球状等，而本文则以纤维形貌为主要研究对象。由于得到纤维形貌需使微波水热前驱液达到强碱性，使得生成的钒酸铋只有少量的BiVO4，大部分晶相为非化学计量比的钒酸铋，因此将通过二次微波处理工艺控制、稀土元素掺杂、表面活性剂改性、二次微波前驱液pH调节等方法在保持形貌的基础上，改变晶相种类，并得到较好的光催化性能。
本实验以Bi(NO3)3·5H2O和NH4VO3为原料，以NaOH为pH调节剂，通过一次微波水热处理合成了混合相的基础粉体A。然后以表面活性剂、稀土元素的硝酸盐作为掺杂改性物质，进行二次微波水热处理，同时控制二次微波水热的反应条件，二次微波前驱液pH，分别合成了B、C、D等钒酸盐混合相粉体。对样品进行了XRD、FE-SEM、EDS及光催化测试等，研究不同样品的晶相组成、形貌、元素含量及光催化性能。
经过分析测试，A粉体得到了所要的纤维形貌，为Bi2O3、Bi7VO13和BiVO4组成的混合相；以A粉体为基础粉体，加入表面活性剂后二次微波水热处理得到B粉体，与A粉体的形貌、组成皆一致，只是结晶度有所提高；以A粉体为基础粉体，加入PVP及稀土元素硝酸盐，控制二次微波水热处理得到C粉体，形貌保持纤维状，但晶相组成为Bi8V2O17、Bi1.7V8O16、Bi1.62V8O16和BiVO4的混合相(Gd作用下)以及Bi17V3O33、Bi2VO5.5、和BiVO4的混合相(Eu作用下)，化学计量比皆朝着Bi︰V︰O=1︰1︰4的方向变化，在紫外光下照射100 min降解率最高达85.21%；以A粉体为基础粉体，加入SDBS、稀土元素，控制二次微波前驱液pH制得D粉体，保持了纤维形貌，晶相组成为BiVO4、Bi3.5V1.2O8.25和Bi1.62V8O16。模拟太阳光下照射200 min降解率最高达到96.01%，紫外光下照射60 min降解率最高达到96.59%，相比之下，性能有了很大的提高。
关键词：钒酸铋，二次微波水热，纤维状，光催化性能
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
1 文献综述 1
1.1 引言 1
1.1.1 光催化材料的研究意义 1
1.1.2 光催化原理与钒酸铋的光催化潜质 1
1.2 钒酸铋光催化活性的影响因素 4
1.3 光催化剂的发展和研究现状 6
1.4 BiVO4光催化剂的制备方法 10
1.5 本课题研究的内容 12
2 实验部分 13
2.1 实验原料及设备 13
2.1.1 实验原料 13
2.1.2 实验设备 13
2.2 实验方法 14
2.2.1 纤维状钒酸铋的制备 14
2.2.2 不同表面活性剂辅助微波水热合成钒酸铋的制备 15
2.2.3 稀土掺杂及反应条件在钒酸铋合成过程中的影响 16
2.2.4 二次微波前驱液pH对钒酸盐合成的影响 16
2.3 样品的表征及测试 17
2.3.1 X射线衍射分析 17
2.3.2 扫描电镜(SEM) 18
2.3.3 能谱仪EDS 18
2.3.4 光催化性能实验 19
3 结果与分析 20
3.1 一次微波水热合成纤维状钒酸铋 20
3.2 不同表面活性剂在辅助微波水热合成钒酸铋中的影响 21
3.3 稀土掺杂及反应条件在钒酸铋合成过程中的影响 24
3.3.1 以二次微波保温时间为控制变量得到的C粉体(C1粉体) 24
3.3.2 以二次微波保温时间温度为控制变量得到的C粉体(C2粉体) 27
3.3.3 C粉体的光催化性能分析 28
3.3.4 小结 29
3.4 二次微波前驱液pH对钒酸铋合成的影响 30
4 结论 34
致谢 35
发生的发生 35
参考文献 36
本课题研究的内容
本课题的研究内容是通过微波水热方法制得纤维状纳米粉体，再对其进行二次微波过程，研究有机添加剂、稀土、反应温度、反应时间、前驱液pH等因素在BiVO4粉体结构与性能的影响，具体内容如下：
(1)以Bi(NO3)3·5H2O和NH4VO3为原料，以NaOH为调节剂控制一定的前驱液pH(约为12.5-13)，控制反应温度(200 ℃)及保温时间(40 min)，通过微波水热法制得基础粉体A，并通过XRD、SEM研究其物相结构和表面形貌。
(2)在A粉体的基础上，分别添加不同量的表面活性剂PVP(nPVP/nBiVO4=0.2、0.4、0.6、0.8、1.0)、SDBS(mSDBS/mBiVO4=0.3、0.4)、Tween-80(mTween-80/mBiVO4=0.3、0.4)，在200 ℃，40 min下进行二次微波水热合成，并研究通过XRD、SEM研究其物相结构、和表面形貌。
(3)在A粉体的基础上，添加表面活性剂SDBS(mSDBS/mBiVO4=0.3)及最佳掺杂比(摩尔比)的稀土元素(Gd6%)，同时以CH3COOH为调节剂分别控制前驱液pH(分别为3.51、4.02、4.26、5.99、8.05)，进行在200 ℃，40 min下进行二次微波，并分别通过XRD、SEM、EDS及光催化测试进行物相分析、形貌分析、元素定量分析及光催化性能分析。
(4)在A粉体的基础上，添加表面活性剂PVP(nPVP/nBiVO4=0.6)及最佳掺杂比(摩尔比)的稀土元素(据前人经验分别为Gd6%、Eu8%)，进行二次微波，同时分别控制微波水热温度(200 ℃、220 ℃)和保温时间(40 min、60 min、80 min、100 min)，并分别通过XRD、SEM、EDS及光催化测试进行物相分析、形貌分析、元素定量分析及光催化性能分析。
