1 1.合肥学院 能源材料与化工学院, 合肥 230601
2 2.合肥学院 先进电池材料与技术重点实验室, 合肥 230601
3 3.长鑫存储技术有限公司, 合肥 230000
4 4.安徽大学 物质科学与信息技术研究院, 合肥 230039
5 5.安徽大学 材料科学与工程学院, 合肥 230039
钒酸铋(BVO)可用于光电化学(PEC)水解产氢, 但受限于其缓慢的表面水氧化动力学, 在电极表面修饰单一的析氧助催化剂达不到理想的性能。本工作在BVO电极表面修饰FeNiOx助催化剂可以显著降低起始电压, 增强光电化学性能。此外, 沉积g-C3N4后修饰FeNiOx助催化剂得到的光电极具有更优异的性能。厚度适合的g-C3N4纳米片与BVO构成Ⅱ型p-n异质结, 有效抑制了光生电子空穴的复合, 促进了电极的电荷分离。电化学测试结果表明, 沉积了g-C3N4后, 电极的电荷分离效率达到88.2%, 比BVO/FeNiOx (60.6%)提升了近1.5倍。经过g-C3N4和FeNiOx协同修饰的BVO/g-C3N4/FeNiOx电极, 表面电荷注入效率达到了90.2%, 同时, 在1.23 V (vs. RHE)条件下光电流密度达到4.63 mA∙cm-2, 是纯BVO (1.86 mA∙cm-2)的2.48倍。本工作为开发制备高性能光阳极提供了一种有效的策略。
g-C3N4纳米片 BiVO4 光电化学水解 FeNiOx助催化剂 p-n异质结 g-C3N4 nanosheets BiVO4 PEC water splitting FeNiOx co-catalyst p-n heterojunction
1 1.东华大学 材料科学与工程学院, 纤维材料改性国家重点实验室, 上海 201620
2 2.华东理工大学 化工学院, 化学工程国家重点实验室, 上海 200237
3 3.东华大学 材料科学与工程学院, 教育部先进玻璃制造技术工程中心, 上海 201620
钒酸铋是最具有光电催化应用潜力的水分解光电阳极之一, 但由于表面缓慢的动力学反应速率, 其光电催化效率仍不理想。本研究通过浸渍法在BiVO4薄膜光阳极上负载纳米RhO2助催化剂, 研究RhO2负载量对BiVO4光阳极光电催化性能的影响规律及其机理。晶粒尺寸10~25 nm的RhO2均匀负载在颗粒尺寸100~250 nm、厚度约为400 nm的BiVO4光阳极薄膜表面。考虑到贵金属铑的昂贵成本, RhO2的最佳负载量为质量分数1.65%, 在偏压1.23 V (vs. RHE)、1.0 mol/L Na2SO3溶液中(pH8.5)AM 1.5模拟可见光照射下, 光电流密度达3.81 mA·cm-2, 相较纯BiVO4提升了10.58倍。在没有有机牺牲剂的条件下, 光阳极同时析出了氢气和氧气, 两者比例接近2 : 1, 产氧速率为8.22 μmol/(h·cm2)。负载RhO2有效改善了光阳极的表面水氧化动力学, 使光生空穴更快与电解质溶液进行水氧化反应, 抑制光生载流子复合, 从而显著提升光电催化性能。另外, 负载RhO2后, 空穴更容易从光阳极表面被有效提取到电解质溶液中, 减少其在光阳极表面积累, 从而使BiVO4/RhO2(1.65%)光阳极可持续稳定工作10 h以上。
钒酸铋 氧化铑 助催化剂 光电催化 分解水 BiVO4 RhO2 cocatalyst photoelectrocatalysis water splitting
1 中国石油大学(华东)1. 理学院
2 材料科学与工程学院, 青岛 266580
通过模板法制备钒酸铋(BiVO4)薄膜, 用溶胶-凝胶法制备铁电材料铁酸铋(BiFeO3)并对BiVO4进行修饰, 以半导体复合的方式提高BiVO4的光电化学性能。电化学测试结果表明, 经BiFeO3修饰后, BiVO4薄膜的光电化学性能有所提高, 其中经BiFeO3旋涂5次后的BiVO4薄膜具有最优的光电化学性能, 光电流密度达到0.72 mA·cm-2, 较未修饰样品提高了67.4%。利用外场极化调节能带弯曲可以显著地提高BiVO4/nBiFeO3铁电复合物的光电化学性能, 复合物经正极化20 V电压处理后的光电流密度最高为0.91 mA·cm-2, 比BiVO4薄膜提升了1倍以上, 具有良好的光电化学性能。BiFeO3与BiVO4复合后有利于形成异质结, 促进光生电子、光生空穴的产生与分离, 并且外场极化调节能带弯曲使光生电荷加速转移, 是铁电复合物光电化学性能提高的主要原因。
BiVO4 BiFeO3 铁电复合材料 光电化学性能 BiVO4 BiFeO3 ferroelectric composite material photoelectrochemical property
1 天津工业大学 环境科学与工程学院
2 天津工业大学 化学化工学院, 天津 300389
Z-型光催化剂可以有效增强电荷分离, 从而改善光催化剂的活性。采用浸渍-煅烧和水热法两步制备Z型BiVO4/GO/g-C3N4光催化剂, 并用不同手段对其进行表征。在BiVO4/GO/g-C3N4的光催化过程中, GO纳米片作为BiVO4和g-C3N4之间的快速传输通道, 可以抑制电子-空穴复合, 显著促进电荷分离, 提高三元异质结的氧化还原能力。与单组分或二元复合物相比, 该催化剂具有良好的光降解罗丹明B(RhB)的能力。在可见光照射下, 它能够在120 min内降解85% RhB, 空穴(h+)在反应中起主要作用。该工作为三元光催化剂体系提供了简单的制备方法, 其中g-C3N4通过GO与BiVO4偶联, 光催化活性显著提高。
BiVO4 g-C3N4 GO 三元催化剂 Z型异质结 BiVO4 g-C3N4 GO ternary photocatalyst Z-scheme heterojunction
湖北大学 化学化工学院, 有机化工新材料湖北省协同创新中心, 有机功能分子合成与应用教育部重点实验室, 武汉 430062
开发高效廉价的催化剂对于清洁能源经济至关重要, 将氨硼烷的催化水解用于氢能源开发前景广阔。本工作首先采用简单回流法制备BiVO4纳米片, 再通过浸渍还原法制备出Ru/Fe不同摩尔比的RuFe@BiVO4催化剂, 并在室温下用于催化氨硼烷水解产氢。通过比较载体BiVO4、Ru@BiVO4、Fe@BiVO4、RuFe@BiVO4以及无载体的RuFe纳米粒子的催化产氢速率发现, 在所有的催化剂中, Ru1Fe0.1@BiVO4具有最高的催化活性, 非贵金属Fe能显著增强Ru的催化性能, 这与RuFe之间强的电子效应以及RuFe纳米粒子与载体BiVO4间的双功能效应密切相关, 其活化能(Ea)为43.7 kJ·mol-1, 转化频率(TOF)为205.4 molH2·molRu·min-1。
钒酸铋 RuFe纳米粒子 协同催化 氨硼烷 产氢 BiVO4 RuFe nanoparticles synergistic catalysis ammonia borane releasing hydrogen
1 河北大学 电子信息工程学院
2 河北大学 建筑工程学院
3 河北大学 物理科学与技术学院, 保定 071002
为了研究混合相异质结对光催化的改性机理, 以五水硝酸铋、六水硝酸钕、偏钒酸钠为原料, 浓硝酸、氢氧化钠为调和剂, 水热合成不同浓度钕掺杂钒酸铋样品。X射线衍射和拉曼峰位分析发现, 钒酸铋呈现钕浓度依赖的单斜到四方相转变。采用扫描电子显微镜表征发现, 这种相变给样品形貌带来巨大变化。小于1at%钕掺杂单斜钒酸铋由不规则颗粒堆积而成, 大于7at%钕掺杂四方相由类似球状或凹槽表面果仁状构成, 而中间混合相由微米长方体棒状组成。规则形貌导致所有掺杂样品光催化降解罗丹明B效率高于无掺杂样品。高分辨透射电子显微镜和莫特-肖特基测试发现, 混合相中形成交错能带异质结, 进一步促进光生电-子空穴对分离并抑制其复合, 使得4at%钕掺杂样品具有99.4%降解效率。
钒酸铋 交错能带 形貌 光催化降解 BiVO4 staggered energy band morphology photocatalytic degradation
通过炭吸附共沉淀法制备钒酸铋纳米粉体，并对粉体的相关物理化学特性进行表征，表征方法包括透射电镜(TEM)，X射线衍射仪(XRD)，比表面积(BET)，紫外可见分光光度计(UV-Vis)，红外光谱(FT-IR)和热重分析仪(TG-DTG)；利用甲基橙(MO)作为目标降解物，以500 W镝灯为可见光源，进行BiVO4光催化性能研究。结果表明，炭吸附共沉淀法制得的BiVO4粉体较普通沉淀法制得的粉体具有分布均匀且较分散、粒径小、团聚少等优点;同时600 ℃煅烧所得粉体光吸收波长较其他温度下发生红移，使得在可见光范围吸收能力增强；光催化降解甲基橙降解率在120 min内可达96%。
钒酸铋 炭吸附 可见光 光催化性能 共沉淀 BiVO4 carbon adsorption visible light photocatalytic property coprecipitation
1 河南科技大学 医学院, 洛阳 471023
2 河南科技大学 高端轴承摩擦学技术与应用国家地方联合工程实验室, 洛阳 471023
采用微波水热法, 以BiVO3·5H2O和NH4VO3为原料, 通过调控前驱液pH可控合成了不同晶体结构的可见光催化剂BiVO4。利用X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(UV-Vis)、拉曼光谱(Raman)和场放射扫描电镜(SEM)等手段对所制备的样品进行了表征和分析, 探讨了不同晶体结构BiVO4的形成机理; 同时以亚甲基蓝和一氧化氮为降解对象, 考察了样品的光催化性能。结果表明, 当前驱液pH为3~5时, 制备的BiVO4为四方锆石结构(z-t), 形貌为微米球; 前驱液pH小于2或大于7时, 制备的BiVO4为单斜白钨矿结构(s-m), 形貌为多面体。这可能是由于前驱液pH的变化, 致使前驱液中钒酸根离子和铋离子的存在形式发生了转变, 进而影响BiVO4的形成历程, 使得BiVO4样品的晶体结构、形貌、晶面裸露以及VO4四面体等发生了改变。光催化试验结果表明, BiVO4(s-m)光催化活性优于BiVO4(s-t)。当前驱液pH为9时, 制备的BiVO4(s-m)样品由于结晶度高、 (040)晶面暴露率高和VO4四面体畸变程度大, 表现出优异的光催化活性。
BiVO4 microwave hydrothermal controllable synthesis photocatalytic BiVO4 微波水热 可控合成 光催化
中国科学院大连物理化学研究所催化基础国家重点实验室, 大连洁净能源国家实验室, 大连 116023
通过块状材料溶解(BMD)方法合成了形貌规整的BiVO4单晶样品。利用原子力显微镜联用的共焦拉曼光谱借助表面等离子增强效应从微纳尺度研究了单斜层状BiVO4{011}和{010}晶面光催化降解行为的反应动力学过程差异, 发现在{011}晶面上光催化的降解速率常数是{010}晶面的2倍。另外, 光氧化探针辅助的单粒子荧光成像进一步佐证了该结果, 荧光探针分子在光激发下主要在{011}晶面上被氧化。
光催化 BiVO4单晶 晶面 空间分辨 SERS荧光成像 photocatalysis BiVO4 single crystal crystal facet spatial resolved SERS fluorescence imaging
1 贵州师范大学化学与材料科学学院, 贵阳 550001
2 贵州省功能材料化学重点实验室, 贵阳 550001
3 贵州师范大学职业技术学院, 贵阳 550001
以Bi(NO3)3·5H2O和NH4VO3为原材料, 采用水热法合成了BiVO4可见光催化材料, 并采用XRD、SEM和UV-Vis等对合成产物的物相结构、形貌、光吸收性能以及光催化性能进行了研究。研究表明,反应体系的pH值对合成产物的物相结构具有重要的影响, 在酸性和弱碱性条件下可获得具有不规则纳米片状形貌的单斜白钨矿结构BiVO4晶体。合成产物对波长小于525nm的光具有强烈的吸收。水热条件的不同直接影响着产物对甲基橙溶液的可见光催化降解性能, 在Bi∶V比例为1∶1, 同时pH值为3.08并于160℃下水热处理1h所合成的BiVO4晶体对甲基橙溶液具有最佳的可见光催化活性。
水热法 单斜白钨矿结构 光催化 hydrothermal method BiVO4 BiVO4 monoclinic scheelite structure photocatalysis
