基本信息
- 项目名称：
- p-n结光催化剂Cu2O/BiVO4的制备及光催化性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 以Cu(Ac)2•H2O和化学共沉淀法制备的BiVO4为原料，采用多元醇法成功合成了一系列不同Cu2O含量的p-n结光催化剂Cu2O(x)/BiVO4。在可见光和太阳光条件下，以亚甲基蓝的光催化降解为探针反应，研究了p-n结光催化剂的光催化性能。
- 详细介绍：
- 以Cu(Ac)2•H2O和化学共沉淀法制备的BiVO4为原料，采用多元醇法成功合成了一系列不同Cu2O含量的p-n结光催化剂Cu2O(x)/BiVO4。在可见光和太阳光条件下，以亚甲基蓝的光催化降解为探针反应，研究了p-n结光催化剂的光催化性能。结果表明：在两种光源下，p-n结光催化剂Cu2O(x)/BiVO4的光催化活性均优于纯BiVO4；Cu2O的含量（x）对Cu2O/BiVO4光催化剂的光催化活性有较大影响，当x为0.75%时，Cu2O/BiVO4光催化剂的活性最佳。Cu2O/BiVO4光催化剂的光催化性能的提高与p-n结的形成所导致的光生载流子的高效分离有关。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 光催化氧化法处理废水主要是应用半导体材料作光催化剂，在一定光照条件下，与水中的污染物发生反应，使之部分或全部矿化，最终达到净化废水的目的。基本思路是采用多元醇法将Cu2O负载于BiVO4表面形成p-n结光催化剂Cu2O(x)/BiVO4，并以亚甲基蓝水溶液的可见光光催化降解反应为探针反应研究了p-n结光催化剂的光催化性能。
科学性、先进性及独特之处
- 本研究以Cu(Ac)2•H2O和化学共沉淀法制备的BiVO4为原料，采用多元醇法成功合成了一系列不同Cu2O含量的p-n结光催化剂Cu2O(x)/BiVO4。将Cu2O负载于BiVO4表面形成p-n结光催化剂，提高了光生载流子的分离效率，从而提高了光催化效率。
应用价值和现实意义
- 本作品将Cu2O负载于BiVO4表面合成复合光催化剂，进一步提高了BiVO4光催化剂的可见光活性，提高了光生载流子的分离作用，较明显地提高光催化效率，从而能够更好的降解水中的有机污染物。这对于环境污染物的处理方面具有很高的实际应用价值和重要的现实意义。
学术论文摘要
- 以Cu(Ac)2•H2O和化学共沉淀法制备的BiVO4为原料，采用多元醇法成功合成了一系列不同Cu2O含量的p-n结光催化剂Cu2O(x)/BiVO4。在可见光和太阳光条件下，以亚甲基蓝的光催化降解为探针反应，研究了p-n结光催化剂的光催化性能。结果表明：在两种光源下，p-n结光催化剂Cu2O(x)/BiVO4的光催化活性均优于纯BiVO4 ；Cu2O的含量（x）对Cu2O/BiVO4光催化剂的光催化活性有较大影响，当x为0.75%时，Cu2O/BiVO4光催化剂的活性最佳。Cu2O/BiVO4光催化剂的光催化性能的提高与p-n结的形成所导致的光生载流子的高效分离有关。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 该作品获校级一等奖，是一篇优秀作品
参考文献
- [1] Akira Fujishima, Kazuhito Hashimoto, Toshiya Watanabe. TiO2 Photocatalysis Fundamentals and Applications[M]. Tokyo: Bkcinc, 1999, 3 : 23-25. [2] Zhang Xi, Ai Zhihui, Jia Falong, et al. Selective synthesis and visible-light photocatalytic activities of BiVO4 with different crystallinephases[J]. Mater Chem Phys, 2007, 103 : 162-167. [3] Zhou Lin, Wang Wenzhong, Liu Shengwei, et al. A sonochemical route to visible-light-driven high-activity BiVO4 photocatalyst[J]. JMol Catal A: Chem, 2006, 252 : 120-124. [4] Hara M, et al. Cu2O as a photocatalyst for overall water split2 ting under visible light irradiation. Chem. Commun, 1998, (3): 357-358. [5] 吴欢文, 张宁, 钟金莲, 等. p-n复合半导体光催化剂的研究进展[J]. 化工进展, 2007, 26(12) : 1669-1674. [6] 马丽丽, 黄文娅, 等. 多元醇法制备Cu2O/CNTs复合材料的研究[J]. 化学学报, 2005, 63(18) : 1641-1645. [7] Xu H, Li H, Wu C, Chu J, Yan Y, Shu H, Gu Z, J. Hazard. Mater, 2008, 153 : 877-880.
同类课题研究水平概述
- 随着工业的高速发展和人们对环境特别是水污染问题的日益重视，工业有机废水的光催化降解尤其是多相光催化降解已受到国内外学者的日益关注。光催化氧化法处理工业废水是一项极具发展前景的新技术，它具有选择性好、可在常温常压下反应，反应条件温和，反应速度快，且可以将有机物降解为无毒害的无机物的优点，已成为目前水处理的研究热点。多元复合金属氧化物因其晶体结构和电子结构的多样性，有可能同时具备响应可见光激发的能带结构和高的光生载流子移动性，被作为高效光催化材料得到了广泛研究。钒酸铋（BiVO4）作为一种稳定的半导体材料，因其较窄的带隙（2.4ev）（非常接近于太阳光谱的中心（2.68ev）），较强的氧化还原能力及无毒，成本低等优点而被越来越多的应用于可见光光催化研究。但研究发现：BiVO4对反应物的吸附性能较弱，并且光生载流子在催化剂体内复合，使新型光催化BiVO4的可见光活性不高，催化效率仍然很低。Cu2O作为一种p型半导体,其禁带和导带宽度只有2.10 eV ,在太阳光的照射下能够有效地产生光生载流子,已经被广泛地应用于太阳能电池等领域,目前在环境污染治理研究中受到了环境研究者的重视。经研究发现，Cu2O粉末在日光的照射下能够稳定地将水分解为氢气和氧气，表现出和TiO2粉末非常相近的光催化效果，表明Cu2O完全有可能成为一种能够有效利用太阳光降解水中有机污染物的光催化剂。但是，迄今为止将金属氧化物负载于BiVO4，从而提高BiVO4在太阳光条件下光催化性能的研究报道不多。 作品《p-n结光催化剂Cu2O/BiVO4的制备及光催化性能研究》为进一步提高BiVO4光催化剂的可见光活性，将Cu2O负载于BiVO4表面合成复合光催化剂，提高光生载流子的分离作用，较明显地提高光催化效率,从而能够更好的降解水中的有机污染物。这对于拓展新型p-n结光催化剂制备和催化性能的研究提供了很有参考价值的实验数据。
