1．目的及意义
长期以来，随着工业技术的迅速发展，人类社会水平的不断提高，各种能源资源被广泛利用。能源是人类社会进步发展的基石，尤其是当今世界人口激增、生活水平大幅度上升、经济快速发展，能源资源可以决定一个国家的经济水平。因此导致各国对有限的资源的争夺抢夺变得越来越激烈，全球环境污染加剧，生态破坏严重。化石能源现有的储量已经无法满足日益增加的人类活动所需。据资料统计，按照现在的速率消耗，化石能源将在这个世纪里面接近穷乏。石油储量大约为1400亿吨左右，以年开采量33亿吨作为标准计算，大约还可利用40年；天然气还可持续供应57-65年；煤炭以33亿吨的年开采量计算，可继续供应169年左右^[4]。随着工业的快速发展，传统化石燃料的大量消耗导致环境污染和能源短缺问题日益严重，环境污染尤其是水环境污染日益加剧，废水的成分复杂、毒性强而且可降解性差，对此，人们急切地要求开发出高效率、能耗低、使用范围广以及不污染环境的可再生绿色清洁新型能源替代目前广泛应用的化石能源^[1]。太阳能凭借能源丰富、不产生二次污染和使用安全等特点受到了人们的关注。每年地球上所吸收的太阳能总量大约为3.85×10⁶EJ，是人类可以在地球上获取的所有不可再生能源的2倍。由此可见，太阳能不但可以帮助人类渡过能源枯竭的危机，还可以缓解污染和生态破坏带来的危害。因此，将太阳带来的能源转化成电能、化学能等一些人类可以直接利用的能源成了科学家们需要研究解决的一个重大问题，由此开始了光催化材料的广泛研究。

光催化材料是指通过该材料、在光的协同作用下加速发生化学反应时需要的一种材料。1839年，Becquerel发现了光电现象，但是没能对其做进一步理论性的解释。1955年，Brattain与Gareet才对光电现象做出了合理的解释，这意味着光电化学的正式诞生。1972年，学者Fujishima与Honda在紫外光照射下发现水在二氧化钛的电极上可以连续地发生分解^[3]，这就是最初的光催化现象，以此作为契机开始了光催化在光能转换和环境净化等方面的广泛研究。与传统的技术相比，光催化技术拥有降解效率高、无危害、不易造成二次污染、操作简单、能耗低和使用范围广等特点^[4]，因此在降解有机污染物、绿色无污染材料的合成、细菌和病毒的研究等方面都有着广阔的应用前景。

目前，光催化剂被广泛应用于光解水及光催化分解有机污染物。在新型的光催化剂中，钒酸铋（BiVO₄）凭借其无毒、稳定性好且禁带宽度较窄、具有较高可见光催化活性等优点在光催化领域具有很大的应用前景。与传统的TiO₂光催化材料相比，钒酸铋凭借优异的化学性质、物理性质、良好的稳定性和合适的禁带宽度而得到广泛的研究。自从1998年Kudo首次报道了在以AgNO₃溶液作为光生电子捕获剂的前提下，钒酸铋（BiVO₄）能够在可见光照下光催化分解水生成氧气（O₂）的现象以后，BiVO₄基光催化材料一直受到人们的广泛关注与研究。钒酸铋（BiVO₄）作为一种化学性质稳定、价格低廉、原料来源丰富及对环境友好的化合物，近年来由于其特殊光化学物理性质被广泛应用于可见光光催化领域。

研究者发现BiVO₄因优异的可见光催化活性，同时具有无毒、化学稳定性好、太阳能利用率高等优点成为关注的焦点。BiVO₄主要有三种晶型：四方晶系白钨矿型BiVO₄(s-m)、四方晶系硅酸锆型BiVO₄(z-t)及单斜晶系白钨矿型BiVO₄(s-t)，晶体结构的差异使得BiVO₄具有不完全相同的性质和用途，其中单斜晶系白钨矿型BiVO₄作为光催化剂，因为禁带宽度较窄(E_g=2.40eV)和价带位较正(2.43Vvs.NHE)^[5]，所以，具有较好的可见光吸收(吸光波长范围400lt;λlt;760nm)和强的空穴氧化性能，是研究的最多且最具潜力的光催化剂之一。但是，因钒酸铋在水中分散性较差、比表面积小、受光激发产生的光生载流子极其容易在体相中复合、界面还原反应弱，导致单纯BiVO₄的光催化活性较差。因此，需要对钒酸铋光催化进行改性，通常采用晶面工程和助剂选择性修饰两种方法。其中通过晶面工程改性是最有效、最方便的手段。一方面是因为单晶的结构有较少的缺陷，从而减少了光生载流子的复合；另一方面是因为暴露不同晶面形成内建电场有利于光生载流子的分离，并且能够选择性沉积助剂，进而方便我们设计光催化剂。因此我们通过晶面工程和助剂选择性修饰沉积羟基氧化物来优化单晶钒酸铋的光催化性能。

贵金属沉积也是一种有效的改性手段，它是通过电化学方法、化学还原法或者光还原法将贵金属纳米颗粒沉积甚至选择性地沉积到半导体材料表面，从而得到贵金属负载的复合光催化材料的一种方法。由于贵金属的功函数比钒酸铋的功函数高，Fermi能级比大多数半导体光催化材料低，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。在金属中，Pt的功函数最高，所以其改性效果也更好。Li等通过光还原的方法将Pt负载到BiVO₄的表面制备得到Pt/BiVO₄光催化剂。在可见光照下，Pt/BiVO₄催化剂具有高效的选择氧化能力，能够将硫化物选择性氧化成为亚砜类化合物。该研究为BiVO₄光催化剂光催化氧化水产生的原子氧进一步氧化化合物奠定了基础。

在各种不同的合成方法中，光（电）化学沉积是应用最广泛的方法，在BiVO₄光电阳极中生长析氧型助催化剂。例如，Choi等人将FeOOH通过电沉积的方法将其负载在多孔的BiVO₄光电极上，在1.23VRHE和AM1.5G光照下得到了一个1.7mAcm^-2的光电流密度。此外，当在BiVO₄光电极上沉积FeOOH/NiOOH的双助催化剂之后，其光电流密度可达4.5mAcm^-2(1.23VRHE)。因此，探索更加高效稳定的析氧助催化剂用于提升光电化学性能，对实际的工业应用是至关重要的。

本论文拟以Bi(NO₃)₃·5H₂O和NH₄VO₃为原料，浓NH₃·H₂O调节pH，采用水热反应来促进BiVO₄的生成，通过控制浓NH₃·H₂O的量、反应温度和反应时间等方法来控制合成同时暴露{010}和{110}晶面的单晶钒酸铋。通过控制不同光源、沉积时间，溶液离子强度，酸碱度等对选择性光沉积羟基氧化物的影响来进行探究。通过光沉积的方法将FeOOH、NiOOH选择性沉积在BiVO₄（110）晶面。

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2. 研究的基本内容与方案

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一、BiVO₄纳米片的合成

1.称取0.8422gNH₄VO₃和3.4923gBi(NO₃)₃·5H₂O分别溶于30ml(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(氨水体积为8.0ml) ，搅拌30min，静置沉降2h;

3.将溶液转移至100ml水热釜中，180℃水热24h，离心洗涤，在60℃下烘12h，即得BiVO₄纳米片。