FeVO4異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備改性及光電性能的研究

FeVO4異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備改性及光電性能的研究FeVO4異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備改性及光電性能的研究

摘要：

太陽能光催化技術(shù)已成為解決環(huán)境污染和能源危機(jī)的一種重要途徑。本研究采用水熱法制備了一種具有良好光電催化性能的FeVO4異質(zhì)結(jié)光催化劑。通過改變合成條件，成功控制了該催化劑的形貌和晶相結(jié)構(gòu)，并對其進(jìn)行表征。同時(shí)，采用不同摻雜及修飾材料對催化劑進(jìn)行改性，以提高其光電轉(zhuǎn)化效率。結(jié)果表明，所制備的催化劑在可見光區(qū)域表現(xiàn)出良好的光吸收能力和光催化活性。本研究為太陽能光催化技術(shù)的發(fā)展提供了一種新的催化劑制備方法，同時(shí)對于改性和提高光電轉(zhuǎn)化效率具有重要的指導(dǎo)意義。

1.引言

近年來，環(huán)境污染和能源危機(jī)已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。太陽能光催化技術(shù)作為一種綠色、可持續(xù)發(fā)展的方法，能夠同時(shí)解決環(huán)境問題和能源問題，因此受到了廣泛關(guān)注。FeVO4是一種具有良好光電催化性能的半導(dǎo)體材料，其能帶結(jié)構(gòu)和帶隙寬度使其在可見光區(qū)域具有較高的光吸收能力。然而，由于FeVO4的光生載流子復(fù)合速度較快，其光電轉(zhuǎn)化效率有待進(jìn)一步提高。

2.實(shí)驗(yàn)方法

本研究使用水熱法合成了FeVO4異質(zhì)結(jié)光催化劑。首先，將硝酸鐵和鎢酸銨溶解于適量的水溶液中，加入摻雜劑，并在恒溫條件下攪拌反應(yīng)一定時(shí)間，然后過濾、洗滌、干燥即得到樣品。通過X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）等手段對樣品的形貌和晶相結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。

3.結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，F(xiàn)eVO4異質(zhì)結(jié)光催化劑具有良好的結(jié)晶性和光催化活性。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度和摻雜劑濃度，可以得到不同形貌和晶相結(jié)構(gòu)的催化劑。當(dāng)反應(yīng)溫度為120°C時(shí)，催化劑呈現(xiàn)出較好的結(jié)晶性，晶體尺寸較小且較均勻分布，表面光催化活性更高。同時(shí)，添加合適的摻雜劑可以調(diào)控催化劑的帶隙寬度和能帶位置，提高光吸收能力和光生載流子的分離效率。

4.催化劑改性

為了進(jìn)一步提高FeVO4異質(zhì)結(jié)光催化劑的光電轉(zhuǎn)化效率，本研究采用離子摻雜和修飾劑修飾的方法對催化劑進(jìn)行改性。通過摻雜適量的鉬或釩離子，可以有效地改變催化劑的帶隙寬度和能級結(jié)構(gòu)，提高光電催化活性。同時(shí)，使用石墨烯修飾催化劑的表面，可以提供更多的光吸收位點(diǎn)和光生電子傳輸通道，從而進(jìn)一步提高催化劑的光催化活性。

5.光電性能評價(jià)

通過光電化學(xué)測試評估了不同改性的FeVO4異質(zhì)結(jié)光催化劑的光催化活性。結(jié)果表明，經(jīng)過離子摻雜和修飾劑修飾的催化劑在可見光區(qū)域具有更高的光催化活性和光電轉(zhuǎn)化效率。經(jīng)過優(yōu)化調(diào)控后，催化劑的光電轉(zhuǎn)化效率得到了顯著提高。

6.結(jié)論

本研究成功合成了具有良好光催化活性的FeVO4異質(zhì)結(jié)光催化劑，并通過離子摻雜和修飾劑修飾的方法對催化劑進(jìn)行改性，進(jìn)一步提高了光電轉(zhuǎn)化效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改性后的催化劑在可見光區(qū)域具有更高的光吸收能力和光催化活性。這為太陽能光催化技術(shù)的發(fā)展提供了一種新的催化劑制備方法，并對于改進(jìn)和優(yōu)化光電轉(zhuǎn)化效率具有重要的指導(dǎo)意義。盡管本研究取得了一定的進(jìn)展，但仍需進(jìn)一步研究以深入了解FeVO4異質(zhì)結(jié)光催化劑的光電性能及其應(yīng)用潛力本研究通過離子摻雜和修飾劑修飾的方法成功改性了FeVO4異質(zhì)結(jié)光催化劑，提高了其光電轉(zhuǎn)化效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改性后的催化劑在可見光區(qū)域具有更高的光催化活性和光吸收能力。這為太陽能光催化技術(shù)的發(fā)展提供了一種新的催化劑制備方法，并對