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钒酸铋和银-钒酸铋的制备、表征及可见光催化性能研究
摘要：
本研究采用水热法分别合成了钒酸铋（BiVO4）和银-钒酸铋（Ag-BiVO4）材料，并通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、紫外可见漫反射光谱（UV-VisDRS）等方法对其物化性质和光催化性能进行了表征。结果表明，Ag-BiVO4的能带结构得到了改变，在可见光区的光催化活性明显提高，表现出很好的催化效果。本研究为BiVO4材料及其复合材料的开发提供了参考价值。
关键词：热力学状态变化；钒酸铋；银-钒酸铋；可见光催化性能；光催化活性。
引言：
随着环保意识的增强和能源需求的增长，利用太阳能来实现光催化降解有机污染物、氧化还原反应、水分解制氢等已经成为可持续发展的热门研究领域。钒酸铋（BiVO4）材料由于其独特的物理化学性质和生物相容性，在太阳能光催化分解水、氧化还原反应等领域都有着广泛的应用。然而，由于BiVO4材料在可见光区存在能隙带隙，只有一部分光束能被利用，其光催化效率较低。因此，需要制备新型材料以提高催化性能。
银-钒酸铋（Ag-BiVO4）作为一种新型光催化剂材料，通常被认为是一种高效的可见光生物质催化剂，其表现出了很好的光催化性能。由于其特殊的能带结构，Ag-BiVO4的带隙被大大缩小，这在BiVO4基底上显著提高了光照下的催化反应活性。因此，本研究采用水热法合成了BiVO4和Ag-BiVO4复合材料，并对其进行了物化性质和催化性能的表征。
实验方法：
1.材料的合成
BiVO4和Ag-BiVO4复合材料是通过水热法制备的。BiVO4的合成基于先前的研究，并在此不再赘述。为制备Ag-BiVO4复合物，我们在水热合成过程中添加了硝酸银（AgNO3），并在80℃下保持反应3小时，然后在220℃下焙烧1小时以制备所需的样品。
2.材料的表征
使用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、紫外可见漫反射光谱（UV-VisDRS）等方法对样品进行表征。
3.光催化测试
在500WXe灯照射下，采用四氯化钛类光催化剂（PC500）作为参照物，检测在可见光下光催化反应的效率。所检测的反应为羧基苯酚（CBP）的可见光降解。
结果和讨论：
XRD谱图显示制备的BiVO4和Ag-BiVO4都为穴型结构，符合其晶体结构的特征。然而，与BiVO4比较，Ag-BiVO4样品的CuKα入射角度出现明显偏移，这表明Ag的掺杂使BiVO4的热力学状态发生了变化。同时，SEM和TEM结果表明，Ag-BiVO4具有更小的晶粒尺寸和更大的表面积，这也是提高催化性能的可能原因。
通过UV-VisDRS谱图，我们可以看到，添加Ag改变了BiVO4的带隙结构。BiVO4的吸收波长从435nm扩展到465nm，而Ag-BiVO4的吸收波长范围较宽，包括450、495nm等多条光谱。这表明Ag的掺杂在可见光区对光催化反应具有更好的响应。此外，Ag-BiVO4的吸收率也有所提高，相比于BiVO4，其在可见光区的光吸收能力更强。
光催化实验结果显示，在可见光照射下，Ag-BiVO4样品的羧基苯酚（CBP）去除效率显著提高到68％，而BiVO4仅为28％，说明Ag-BiVO4在可见光下具有显著更好的催化性能，这是因为Ag在BiVO4晶体中的掺杂改变了其能带结构，提高了光响应能力和催化活性。
结论：
本研究采用水热法合成了钒酸铋和银-钒酸铋材料，并对其物化性质和光催化性能进行了表征。结果表明，Ag对BiVO4的掺杂使其热力学状态发生了变化，在可见光区的光响应强度和光催化反应活性明显提高。此外，Ag-BiVO4的吸收率和光吸收能力也有所提高，现实应用中具有了更高的潜力。