基本信息
- 项目名称：
- 玉米秸秆为模板制备FeVO4光催化剂及其光催化性能
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- FeVO4光催化剂作为一种新型可见光光催化剂，能在可见光下被激活分解有机物污染物，是一种具有良好应用前景的半导体材料。但由于制备方法的限制，FeVO4活性尚低。为了进一步提高其活性，项目以农业废弃物秸秆为生物模板，采用溶胶-凝胶法成功制备了具有秸秆微观结构的片状FeVO4。项目研究了制备条件对光催化剂性能的影响，并对其结构、物相特征进行了分析，取得了有价值的研究成果。
- 详细介绍：
- 三斜型FeVO4由于带隙能（2.05eV）较低，响应光波长范围扩展到了604 nm，是一种新型可见光催化剂。通过光催化脱色降解甲基橙水溶液，验证了其具有一定的可见光光催化活性。但因其吸附能力较差而导致光催化活性较低。 众多研究表明：催化剂的光催化活性不仅与其能级分布有关，还与样品本身的形貌、尺寸、结构以及表面状态也有很大关联。因此，通过一定的合成方法并控制反应条件，制备形貌、尺寸、结构各异的光催化剂显得尤为重要。生物模板法是指以具有特定结构的生物组织或大分子为模板，利用生物自组装及其空间限域效应，通过物理、化学等方法按照设计要求形成具有新结构的仿生材料。生物模板具有外形多样化线状、管状、球形、网状等，模板形貌重复性高，以及廉价、丰富、易得、可再生、环境友好等特点。生物模板法己成为光催化材料领域的一个充满活力的研究方向，发展迅速，已取得了一系列鼓舞人心的研究成果。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 三斜型FeVO4是一种新型可见光催化剂，但因其吸附能力较差其光催化活性较低。光催化剂的催化活性不仅与能级分布有关，还与形貌以及表面状态有关。因此，通过合成方法控制反应条件，制备形貌各异的光催化剂尤为重要。本实验以玉米秸秆为生物模板，采用溶胶-凝胶法制备FeVO4溶胶，将胶体附于秸秆，再经高温烧结制备具有秸秆结构的FeVO4，以提高光催化活性。
科学性、先进性及独特之处
- 生物模板法是指以具有特定结构的生物组织或大分子为模板，利用生物自组装及其空间限域效应，通过物理、化学等方法按照设计要求形成具有新结构的仿生材料。生物模板具有外形多样化线状、管状、球形、网状等，模板形貌重复性高，有及廉价、丰富、易得、可再生、环境友好等特点。采用生物模板法对FeVO4光催化剂进行形貌调控，是一种绿色、廉价和有效的方法，国内外目前尚未见有相关报道。
应用价值和现实意义
- 本项目采用玉米秸秆为生物模板制备FeVO4光催化剂，一方面既能起到回收利用农业废弃物的作用，另一方面，降低了光催化剂制备模板的成本，并同时能有效起到提高光催化剂活性的作用。
学术论文摘要
- 以玉米秸秆为模板，采用溶胶-凝胶法制备了FeVO4新型光催化剂，并采用XRD、FTIR、SEM和BET等手段对其物相、表面形貌和比表面积等进行分析表征。以甲基橙水溶液为光催化降解对象，考察样品在可见光作用下的光催化活性。结果表明：制备的光催化剂均为三斜型FeVO4，当以玉米秸秆为模板，550℃煅烧4h时制备的样品很好的复制了玉米秸秆的微观片状结构，在18W荧光灯下光照14h对甲基橙溶液的脱色率达80%左右，较未以模板制备的FeVO4提高34％左右。分析表明，光催化剂的形貌是其光催化活性提高的主要原因。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- 1、王敏，王里奥，张文杰，等. FeVO4光催化剂降解甲基橙研究. 功能材料， 2009，40(2):201-203. 2、曹丰,李东旭,管自生. 生物模板法制备具有特殊表面形貌的二氧化硅中空微球. 无机材料学报, 2009, 24(3), 501-506.
同类课题研究水平概述
- 近年来，经济发展引起的环境污染问题不断受到重视，而光催化技术因其降解污染物彻底，无二次污染等特点引起学术界的广泛关注。在众多的半导体光催化剂中，TiO2 光催化剂因其化学性质稳定、成本低、无毒、难溶等优点而研究最为广泛。然而因纳米TiO2带隙能（3.2eV）较高而导致太阳能利用率较低，并且自身量子转化效率低，从而限制了 TiO2光催化氧化技术在环境污染治理上的实际应用[2]。因此，为了促进光催化技术在环境污水治理方面的应用，科研学者一方面致力于对TiO2 进行改性研究[3-4]，另一方面则致力于研究开发新型可见光活性光催化剂，如BiVO4[5-7]、InVO4[8]、Bi2WO6[9]等。本课题组通过采用液相沉淀法制备的三斜型FeVO4由于带隙能（2.05eV）较低，响应光波长范围扩展到了604 nm，是一种新型可见光催化剂[10-13]。通过光催化脱色降解甲基橙水溶液，验证了其具有一定的可见光光催化活性。但因其吸附能力较差而导致光催化活性较低。 众多研究表明：催化剂的光催化活性不仅与其能级分布有关，还与样品本身的形貌、尺寸、结构以及表面状态也有很大关联[14-16]。因此，通过一定的合成方法并控制反应条件，制备形貌、尺寸、结构各异的光催化剂显得尤为重要。生物模板法是指以具有特定结构的生物组织或大分子为模板，利用生物自组装及其空间限域效应，通过物理、化学等方法按照设计要求形成具有新结构的仿生材料。生物模板具有外形多样化线状、管状、球形、网状等，模板形貌重复性高，以及廉价、丰富、易得、可再生、环境友好等特点。生物模板法己成为光催化材料领域的一个充满活力的研究方向，发展迅速，已取得了一系列鼓舞人心的研究成果[17-18]。 为此，本实验采用玉米秸秆为生物模板，采用溶胶-凝胶法制备FeVO4溶胶，通过抽真空将胶体附于秸秆，再经高温烧结去除秸秆模板，制备了具有片状结构的FeVO4光催化剂。对实验制备的样品，采用XRD、FT-IR、 SEM和BET等表征手段表征样品物相、组成、形貌和比表面积等，并通过降解模拟废水甲基橙溶液评价其光催化活性。
