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，来缓解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的单斜相bivo₄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 ev），所以还原反应能力弱，还原反应可能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。为了解决这一问题，已有相关课题组报道了，通过晶面工程的调控使钒酸铋内部被光激发的电子和空穴定向传输到不同暴露面（如图1所示），达到空间电荷骨架分离的效果，并且通过光沉积法将电子助剂和空穴助剂选择性沉积在不同暴露面，极大程度得提高了光催化性能^[4,5]。然而钒酸铋的导带位不够负，还原反应速率慢，并且李灿课题组通过实验证明，提出还原反应可能是决速步骤，所以提高还原反应速率对光催化反应速率的提高是很有意义的。影响还原反应的因素有三个：1.钒酸铋内部激发产生的光生电子和空穴传输到晶面的效率η₁，2.界面电荷转移效率η₂，3.界面催化反应效率η₃，三者共同决定还原反应效率。因为暴露钒酸铋（010）面比例不同会导致（010）面上光电流密度不同，也可能导致光生电子和空穴传输到晶面效率不同，使还原反应速率不同，进而影响光催化反应速率。所以研究暴露不同（010）面比例钒酸铋具有重大意义。有文献报道，通过实验控制氨水的量，能够使钒酸铋的形貌发生变化。因此我们尝试通过调控氨水的量，来更好的合成暴露不同晶面比例的钒酸铋。

贵金属沉积也是一种有效的改性手段。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面转移的速率加快，从而降低了电子和空穴的复合概率（如图2所示）。在金属中，pt的功函数相较于其他金属高，发生氧还原的反应活性更好，因此采用pt修饰提升bivo₄光催化活性。

2. 研究的基本内容与方案

一、bivo₄纳米片的合成^[10,11]

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. 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 (氨水体积分别为7.0 ml，7.5 ml，8.0 ml，8.5 ml) ，搅拌30 min，静置沉降2 h;

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

第一周至第二周 查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需条件。确定方案，完成开题报告；

第三周至第八周 探讨暴露不同晶面比例bivo4光催化剂的合成参数；

第九周至第十四周 探讨沉积等量的pt在暴露不同晶面比例bivo4光催化剂的光催化性能；

4. 参考文献（12篇以上）

参考文献

[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.