AgVO3基复合材料的制备及其光催化性能研究

作     者：刘洋彬 

作者单位：湘潭大学 

学位级别：硕士

导师姓名：欧阳晓平;周云

授予年度：2023年

学科分类：081704[工学-应用化学] 081705[工学-工业催化] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0703[理学-化学] 

主      题：废水处理 AgVO3基复合材料 光催化性能 晶体结构调控 

摘      要：因成分复杂、毒性强和难以生物降解等特点，有机污染废水成为水污染防治的重难点。光催化技术因降解彻底、无二次污染且成本低等优势成为备受瞩目的绿色水处理技术。性能优良的光催化剂是光催化技术发展应用的核心。AgVO3半导体材料因可见光吸收率高、带隙较窄(Eg≈2.0eV)、电学特性优异以及结晶性佳等优势受到科研工作者的青睐，但电子-空穴对复合率高、光腐蚀性强等问题限制了其进一步应用。针对上述问题，本文以AgVO3材料为研究主体，通过晶体结构优选、异质结构界面构建和形貌结构调控等方案设计以提升其光催化性能。主要研究内容分为以下几个部分: (1)AgVO3纳米材料的晶体结构调控及光催化性能研究:以硝酸银(AgNO3)和偏钒酸铵(NH4VO3)为原料，通过实验参数调节，成功制备出β、α和α 三种晶型的AgVO3光催化剂,并分别探究其在可见光下对有机染料污水罗丹明B(RhB)和甲基橙(MO)的光催化降解活性。结果表明，亚稳相α -AgVO3相较于β-AgVO3和α-AgVO3这两种晶型具有更优异的光降解效率和光电特性，其在可见光照射120min后对RhB和MO的降解效率分别为83.87％和37.6％。 (2)S型TiO2/AgVO3纳米异质结构设计合成及光催化性能研究:采用一步水热法制备了S型TiO2/α -AgVO3异质结光催化剂并将其应用于RhB的光催化降解。结果表明，得益于0D/1D多级结构和S型异质结界面的成功构建，TiO2/α -AgVO3具有更大的比表面积、更宽的光吸收范围和高效的光生载流子分离率，在光催化应用中表现出明显优于单一半导体的光降解效率。其中Ti/V摩尔比为4∶1的TiO2/α -AgVO3异质结(T4A)光催化剂可见光下光催化降解效率最佳，在可见光照120min后可去除94％的RhB。 (3)S型Ag2S/AgVO3纳米异质结构设计合成及光催化性能研究:采用一步水热法制备了S型Ag2S/α -AgVO3异质结光催化剂，并将其应用于可见光光催化降解RhB和盐酸四环素(TC-HCl)溶液。结果表明，V/S摩尔比为6∶1的Ag2S/α -AgVO3异质结(V6S)表现出最高的光催化活性。V6S在可见光照射25min后对RhB的降解效率达99％。此外，其在光照120min后对TC-HCl的降解率约72％。通过分析可知，Ag2S/α -AgVO3异质结构光催化性能增强主要是其具有高比表面积的0D/1D结构、更高的光吸收率以及优异的S型电荷转移分离界面。 综上，本文通过系统研究发现亚稳相晶体结构、0D/1D多级结构的高比表面积、高光吸收能力和S型异质结界面电荷转移特性是提升AgVO3光催化性能的关键因素。该工作的开展可为高性能光催化剂的设计提供实验支撑。