水热合成cu2o和bi2wo6多面体及光催化性能研究.pdf

中国科学技术大学硕士学位论文水热合成CuO和BiWO多面体及光催化性能研究姓名：张莹申请学位级别：硕士专业：纳米化学指导教师：徐安武20100501摘要摘要近几年，由于在可见光下表现出的良好的光催化活性，Cu，O和Bi，WO广泛引起研究者们的注意另外，许多研究证明了多面体在催化方面具有潜在的应用价值本论文以Cu，O和Bi：WO为研究对象，发挥水热合成技术在形貌控制合成方面的有利优势，制备了具有26面体和18面体形貌的Cu，O和八面体形貌的Bi：WO我们研究了形貌对光催化性能的影响，发现由于{110}，{100}，{111}晶面表面结构不同导致Cu，O26面体和18面体的光催化活性优于立方体和八面体但是，Bi，WO八面体可见光下降解罗丹明B表现的光催化性极差本论文中，我们详细研究了多面体的生长机理和在光催化性能方面的应用可能性，主要包括以下几个方面的研究工作：1、利用硬脂酸作为添加剂调控液相反应过程，我们用简单的水热方法成功制备了氧化亚铜26面体和18面体；通过改变实验条件还合成了Cu，O八面体和立方体对多面体的结构运用XRD，SEM等详细进行了表征，提出26(18)面体的合成是晶面吸附．稳定进而长大的过程。

此外，采用对比研究的方法，通过对甲基橙溶液进行光降解，发现26面体和18面体比八面体和立方体有更好的光催化活性，第一次提出了氧化亚铜{110}晶面的活性高于{111)晶面和{100)晶面我们从晶面表面原子排布详细分析了这一结论的合理性，在本工作中{110}晶面表面具有最多的悬键数目，极性强，活性位多，导致光生电子和空穴能够有效分离，进而提高了光催化活性这一工作对形貌控制晶体的合成及提高其光催化性能起到了积极的促进作用，同时对多面体在光催化剂方面的应用也提供了良好的正面实例2、我们通过调节前驱物溶液pH值，用水热法合成了纳米级7-Bi：WO假正八面体，经研究发现前驱物溶液的pH值和水热温度是产物影响的关键因素，并从热力学和动力学两方面分析了八面体形成的机理7-Bi2W06晶体的生长过程综合了原位结晶过程和Gibbs．Thomson的晶体生长熟化过程，大晶核沿[131]晶面长大成为八面体通过降解罗丹明B溶液，发现Y．Bi2W06较差的光催化活性，我们从八面体带隙宽(2．94ev)，和八面体表面无缺陷中心或活性中心而导致光生电子和空穴在表面和体相复合两方面对其进行了合理的解释这个工作进一步证明了只有当多面体表面晶面的活性中心数目较多时，才会有好的光催化性能；为合成pH条件影响层状化合物光催化性能方面提供了很好的解释途径。

关键字：形貌控制多面体光催化Cu20一／-Bi2W06AbstraetAbstractWithgoodphotocatalyticactivitiesundervisiblelightirradiation，Cu20andBi2W06haveattractedalotofattentionsfromresearchersnowadays．Besides，polyhedraalebelievedtohavegreatpotentialapplicationsincatalyticfield．Usingtheadvantagesofhydrothermalinliquidmediareactionsatlowtemperatures，wesuccessfullysynthesized26facesand18facesCu20polyhedrawithdistinctivephotocatalyticpropertiesandBi2W06octahedrawithpoorones．WeinvestigatedtheshapeeffectsofCu20polyhedralmicrocrystalsonphotocatalyticactivity．Itisfoundthatduetothedifferencesonstructuresof{110}，{100}，{11l}crystalplanes，Cu2026(18)facespolyhedrahavebetterabsorptionandphotodegradingabilitythanCu20octahedralandcubesinmicroscale．HoweverBi2W06octahedraexhibitedmuchpooractivityondegradingRhB．Weanalyzedindetailthemechanismofsynthesizingthesepolyhedraandtheirdifferencesinphotocatalyticabilitiesinthisdissertation．Themainresultscanbesummarizedfollowing：lWithuseofstearicacid弱astructure-directingagent，wesuccessfullyproducedperfectmixed26·-facetand18··facetpolyhedraofCu20microcrystalsviaahydrothermalprocess．Cu20octahedraandcubeswerealsopreparedunderhydrothermalbychangingconditions．AftersamplescharacterizedbyXRD，SEMandSOon，weproposedsynthesisofCu2026(18)facespolyhedraisduetoanabsorption-stabilizationof{110}crystalplanes．Weinvestigatedthethreepolyhedraphotodegradingmethylorange，and28(16)polyhedraturnedouttobethebestundervisiblelightirradiation．Weanalyzedthereasonsattherespectofatomicarrangementsontheoutsidelayofbasiccrystalplanes．ThebetterphotocatalyticactivityofCu2026(18)facespolyhedrathanoctahedraandcubesisaresultofmoredanglingbondsormoreactivesiteson{110)crystalplanesthatcalltraptheelectronsorholesandmakethecarriersseparated，whichwillenhancethesample’Sphotodegradingefficient．ThisfindingimpliesthattheperanceofcatalystsCanbeenhancedbyshapecontrolasshapedeterminesthenumberofatomslocatedattheedges，comers，orsurfaces．Italsocouldpromotethesynthesisofothermaterialsandtheapplicationsofpolyhedrawitllactivesurfacesinthecatalyticfield．2BychangingthepHvalueofprecursorsolutionto10ormore，7-Bi2W06pseudo-regularoctahedra、析tlldifferentrangesofdiametersCanbepreparednAbstracthydrothermallywithoutanyadditives．ItiSdemonstratedthattheeffectofpHvalueandreactiontemperaturealethekeyfactorsonthemorphologyofthefinalproducts．Weproposedtheationof7·-Bi2W06pseudo··regularoctahedraisallintegrationofinsitu—crystallizingprocessandnucleusrippingprocesswhenthebiggernucleusgrowsatthecostofsmallonesinthe[131】direction．WeproposedthatthepoorphotodegradingefficientisduetothewidebandgapofT-Bi2W06pseudo·regularoctahedra(2．94ev)andtheatomicstructureof{131)planeswherefewdanglingbondsexistatthesurfacewhichresultin{131)planesfewactivesitestotraptheelectronsandholesandthecarriersrecombiningatthesurfaceorinthebulk．Thisworkfurtherimpliesthatonlywhenthecrystalplanesaleactivesurfaces，thephotocatalyticabilityofthepolyhedracallbeimprovedanditisalsoimportantinexplainingthepHeffectsonthephotocatalyticactivityofBi2W06．Keywords：shapecontrol，polyhedraphotocatalytic，Cu20，1／-Bi2W06III中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。

除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明作者签名：邋蓥中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致保密的学位论文在解密后也遵守此规定d，从开口保密(——年)作者签名：扭莹：签字日期：丝也(：生导师签名：签字日期：丝丝：么：垡第一章绪论1．1引言第一章绪论伴随着全球工业化进程的加快，人类活动范围的扩大以及资源过度开发利用，近几十年来，环境和能源问题已经引起世界各国的重视人们工业生产和日常生活排放的废液废气中含有大量的有毒污染物，造成大气污染，海洋污染和陆地污染农田用的杀虫剂和化肥，工厂排出的污水，矿场流出的酸性溶液等使得大部分海洋湖泊受到污染，不但海洋生物受害，甚至造成生物灭绝，人类也可能因吃了这些生物而中毒。

空气中的一氧化碳硫化氢等被人吸收造成呼吸器官或视觉器官的毛病垃圾的清理是各大城市的主要问题，塑料，橡胶等成了城市卫生的头号敌人持久性有机污染物因其难降解而被重要列出，是环境治理方面的主要问题之一随着各国学者研究的不断创新，有机污染的治理技术得到快速发展近年来光催化降解有机污染物作为新兴的污染治理技术，在环境保护中备受关注在人类可持续发展的进程中，利用太阳能转化降解污染物达到环境净化的目的是一个理想的绿色技术，而高活性的光催化剂是这项技术中的关键因素1自从Fujishima等21972年在Nature上发表TN用Ti02电极光催化分解水制氢。