摘 要

本文运用金属离子掺杂方法制备出Cu-BiVO₄并对其进行了Fe,Co等金属离子改性，对样品进行了光催化性能测试，对两种情况进行了比较，所得结果对于BiVO₄光催化材料的性能改进具有重要的指导意义。

论文主要研究了铜离子掺杂，金属离子负载对BiVO₄材料光催化性能的影响。

研究结果表明：铜离子掺杂对BiVO₄材料的光催化性能影响显著，而金属离子吸附则对其性能影响不大，但也能提高其光催化活性。

本文的特色：本实验区别于以往金属离子掺杂和吸附分别对BiVO₄材料进行改性研究，而是将两者结合起来，研究了两者整体对BiVO₄材料光催化性能的影响。

关键词：铜离子掺杂；金属离子吸附；BiVO₄；光催化

Abstract

In this paper, Cu-BiVO₄ was prepared by metal ion doping method and modified by metal ions such as Fe and Co. The photocatalytic performance of the samples was tested. The results were compared with those of BiVO₄ photocatalytic materials The performance improvement has important guiding significance.

The effects of copper ion doping and metal ion loading on the photocatalytic performance of BiVO₄ were studied.

The results show that copper ion doping has a significant effect on the photocatalytic performance of BiVO₄, while metal ion adsorption has little effect on its properties, but it can also improve its photocatalytic activity.

The characteristics of this paper are different from the previous metal ion doping and adsorption of BiVO₄ materials were modified, but the combination of the two, the two of the two on the BiVO₄ material photocatalytic performance.

Key Words：Copper ion doping; metal ion adsorption; BiVO4; photocatalysis

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 Ⅲ

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2 半导体光催化概述 2

1.2.1 半导体光催化原理 2

1.2.2 半导体光催化剂的制备方法 3

1.2.3 半导体光催化剂的改性方法 3

1.3 BiVO₄可见光催化剂概述 4

1.3.1 BiVO₄的结构及性能 4

1.3.2 BiVO₄的制备方法 5

1.3.3 BiVO₄的应用 5

1.4 课题研究内容 5

第2章 水热法制备BiVO₄及其光催化性能的研究 7

2.1 前言 7

2.2实验部分 7

2.2.1实验材料，试剂及仪器 7

2.2.2光催化剂的制备 9

2.2.3 光催化活性测试 10

2.2.4 样品的表征 11

2.3 结果讨论 12

2.3.1 XRD图谱分析 12

2.3.2 UV-vis漫反射图谱分析 12

2.3.3 光催化性能分析 14

2.3.4 催化机理 15

第3章 总结与展望 17

参考文献 19

致 谢 21

第1章 绪论

1.1研究背景

随着科学技术的不断发展，人类生活水平得到很大提高，然而科学技术始终是一把双面剑，一方面可以使经济快速增长，满足人们日益增长的物质需求，一方面又会对人们的生存环境造成威胁。工业化生产规模的不断扩大带来的一大后果就是环境污染的加剧，不同于以往的自然污染，人工生产造成的污染更加不容忽视。而这些污染中有很大一部分是有机物污染造成的，这些有机污染物对人的危害高，对环境的影响大，其中有些有机污染物能在环境和生物体内积累起来，通过各种环境介质不断迁移并长期存在于环境，具有长期残留性，生物蓄积性，半挥发性和高毒性，一般情况下难降解。寻找一种能够合理利用自然界中有限的资源来有效控制和解决有机物污染问题的方法具有深刻的意义^【1】。

半导体光催化技术以其室温深度氧化反应和可以直接利用太阳光作为能源来驱动反应等独特的性能，成为了一种理想的环境污染治理技术和洁净能源生产技术。但是，目前半导体光催化研究领域还存在许多问题，距离光催化剂的真正实用化还有一定距离。特别是在高效可见光响应催化剂的开发和机理研究方面有着迫切的需求。因此，继续加强该方面的研巧，不仅在理论研究上有很离的价值，在实际应用上也具有良好的发展空间。

近年来，半导体光催化材料在有机物降解，能源开发等方面表现卓越^【2-5】。TiO₂型催化剂是研究较多的半导体催化剂，但其禁带宽度较大（Eg=3.2eV），对激发光的要求较高，响应波长在紫外光区域，太阳光利用效率低。因此，人们一方面研究半导体改性方法来提高TiO₂光催化效率，如离子掺杂，贵金属负载等；另一方面研究具有可见光响应的半导体催化剂来代替TiO₂。BiVO₄是一种窄带半导体，具有可见光催化活性，而且其无毒，制备简单，稳定性高，近年来备受关注。然而BiVO₄在光催化反应中表现出的实际效率不是很高，这是因为其载流子传导效率较差，电子-空穴容易复合。

本研究以水热法制备了BiVO₄光催化剂，通过Cu掺杂和Fe,Co吸附来对BiVO₄进行性能改造，使BiVO₄光催化剂的光催化效率得到提高。同时，采用一系列表征手段研究Cu掺杂和Fe,Co吸附对BiVO₄光催化剂晶格结构，光吸收性能和光催化活性的影响机理，期望能为高效率催化剂的设计提供一个可靠的理论依据。

1.2 半导体光催化概述

随着社会生产的不断发展，资源紧缺，环境污染等问题已经成为人类发展进步的一大阻碍。自上世纪70年代，有人报道TiO₂催化剂可在光照下分解水以来，以TiO₂为代表的半导体光催化材料越来越受到研究人员的注意。半导体以其特殊的结构和光学特性，在光催化领域具有独特的优势，科学家们认为半导体材料在光催化领域具有很好的前景。。

1.2.1 半导体光催化原理

半导体光催化是指半导体材料在光照下把光能转化为化学能促进化合物反应的过程。半导体的光催化性能是由其特殊的能带结构所决定的。半导体的能带结构不是连续的，其能带是由充满电子的价带和空载的导带构成的，电子在导带和价带之间移动，这部分是禁带，禁带的宽度是带隙（Eg）^【6,7】。