1. 研究目的与意义（文献综述）

目前，环境污染和能源问题是人们面临的挑战和迫切需要解决的难题，因此，能充分利用太阳能实现光解水制氢或降解有机污染物的新型光催化材料及催化技术成为近年来的研究方向。半导体光催化剂是指在光照条件下，通过该材料发生化学反应所需的一类半导体光催化材料^[1]。半导体光催化剂通过光照条件下，自身产生光生电子-空穴对，来产生光催化作用，从而间接的将太阳能有效地转换为污染物降解所需要的化学能，有机物在这一过程中被降解为 co₂，h₂o 及无机离子，没有二次污染，从而有效的缓解环境污染问题，是一种拥有广阔应用前景的绿色无污染环境治理技术。除此之外，可以利用半导体光催化剂在光照条件下光分解水产生氢气或氧气^[2]，并作为清洁能源使用，缓解了目前因煤炭石油等资源日益匮乏而引起的能源危机问题。半导体光催化剂同时还是一种环境友好型材料，在医疗卫生，农业生产，家电等诸多领域都有广阔的应用前景，目前已经成为全球科研工作者高度关注和重点研究的对象^[3]。

钒酸铋（bivo₄）禁带宽度窄（约为2.4 ev^[4,5]），具有可见光响应且制备简单，是一种很有应用前景的光催化材料，bivo₄具有三种晶相结构，即四方锆石型、单斜白钨矿型和四方白钨矿型。其中，以带隙能为2.4 ev单斜相bivo₄的光催化活性最高，所以本文采用的方法合成的是具有十面体结构的单斜晶相bivo₄^[6]。但它导带位不够负（0.03 v），所以还原反应能力弱，也可能还原反应是钒酸铋光催化体系的决速步骤，并且被激发的电子和空穴在钒酸铋体内容易复合。本文采用的是贵金属沉积的方法作为改性手段。由于贵金属的功函数比bivo₄的功函数高，当贵金属与bivo₄进行接触，bivo₄晶体的电子向贵金属转移，直到两者的费米能级达到平衡^[7]。这就导致光激发的电子向晶体转移的速率加快，从而抑制了电子和空穴的复合。在金属中，pt的功函数最高，所以其改性效果也更好。但是通过文献及相关实验表明，pt的修饰性性能并不是最好的。因为金属与半导体接触形成界面，产生肖特基势垒大小不一样，使得界面电荷转移效率不同。所以pt的界面电荷转移效率弱于cu、au、ag等贵金属，考虑到成本和导电性等因素，cu与bivo₄形成的肖特基势垒最小，界面电荷转移效率最高。但是cu的界面催化反应慢，而pt作为最好的氧还原助剂，可以加速溶解氧的还原反应。所以本实验目的为探究cu-pt选择性修饰增强bivo₄的光催化性能。

本论文拟以bi(no₃)·5h₂o和nh₄vo₃为原料，浓nh₃·h₂o调节ph，采用水热法来促进bivo₄的生成。通过光沉积法选择性沉积等量的cu在bivo₄上，再通过置换反应使cu将h₂ptcl₆中的pt置换出来，完成cu-pt的选择性修饰bivo₄。

2. 研究的基本内容与方案

一、bivo₄纳米片的合成

1. 称取0.8422g nh4vo3和3.4923g bi(no3)3·5h2o分别溶于30 ml，2m hno₃之中,将偏钒铵酸缓慢的滴加至五水合硝酸铋溶液中，将搅拌速度调到最大，然后用保鲜膜封口，避免灰尘污染;

2. 2. 将浓氨水缓慢（控制滴加速度在7-8s/滴）滴加到混合溶液中，直至沉淀完全 (氨水体积为7.5 ml) ，搅拌30 min，静置沉降2 h;

3. 3.将溶液转移至100 ml水热釜中，180℃水热24 h，离心洗涤，在60℃下烘12 h，即得bivo₄纳米片。

3. 研究计划与安排

第三周至第八周 探讨不同沉积量的cu，pt单独修饰bivo₄的光催化性能；

第九周至第十四周 探讨不同比例的cu-pt选择性修饰bivo₄的光催化性能；

第十五周 整理实验数据，完成并修改毕业论文；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] myilsamy m, murugesan v, mahalakshmi m. the effect of synthesis conditions on mesoporous structure and the photocatalytic activity of tio₂ nanoparticles[j]. journal of nanoscience and nanotechnology, 2015, 15(6): 4664-4675.

[2] kudo a, miseki y. heterogeneous photocatalyst materials for water splitting[j]. chemical society reviews, 2009, 38(1): 253-278.

[3] zou z, ye j, sayama k, et al. direct splitting of water under visible light irradiation with an oxide semiconductor photocatalyst[j]. nature, 2001, 414(6864): 625-627.