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钼酸盐的制备及其光催化性能研究进展

2021-02-04刘雪孔令涛胡加布都拉买买提孜徐胜涛马凤云钟梅刘景梅阿布力克木阿布力孜

应用化工 2021年1期
关键词:钼酸异质催化活性

刘雪,孔令涛,胡加布都拉·买买提孜,徐胜涛,马凤云,钟梅,刘景梅,阿布力克木·阿布力孜

(煤炭洁净转化与化工过程新疆维吾尔自治区重点实验室,新疆大学 化学化工学院,新疆 乌鲁木齐 830046)

随着全球人口的迅猛增长,能源消耗急剧增加,大气、土壤和水资源等环境问题日趋严重。目前,我国的染料工业特别发达,在染料合成过程中,会产生大量有毒有害的染料废水,对生态环境的危害极大,已经成为水体主要污染源之一[1]。

光催化具有无污染、条件温和、操作简便等优点,其在环保、储能等方面的应用潜力备受关注[2]。TiO2是研究最早[3]和最多的光催化材料,但TiO2的禁带宽度适合在紫外光照射下进行光催化反应,然而紫外光的能量较高,日光占比小,利用率低,因此开发在可见光区域有响应的高效光催化剂已成为能源化学、环保等领域的热点问题。

钼酸盐能在可见光下降解污水中的有机物,如染料、苯酚、农药和抗生素等。我国的钼储量位居世界第一,利用这一得天独厚的优势开发高效的钼酸盐材料,用于光催化研究领域具有潜在的应用意义[4]。综上,本文将从钼酸盐的制备方法、光催化性能及其反应机理进行综述,试图为研发高性能钼酸盐光催化剂提供基础参考。

1 钼酸盐的制备

1.1 溶剂热法

溶剂热法是在100~1 000 ℃的溶剂经自生压力合成材料的方法,高温高压下溶剂处于临界或超临界状态,因此该法合成的产物有以下优点[5]:①结晶度高;②无需二次煅烧即可制得粉末状产物;③可制备出形貌可控的纳米材料;④溶剂热法更有利于扩散和成核,便于制备一些新型纳米材料。

Jin等[6]采用一步原位还原溶剂热法将Bi3+还原成Bi0制成了金属铋修饰的钼酸铋空心球,结果表明经修饰的钼酸铋的光催化活性明显优于钼酸铋,该作者认为这可能是铋修饰的钼酸铋空心球能够增强催化剂电荷的分离、转移能力等原因所致。

基于水热晶化法,pH值影响较为明显。Peng等[7]采用水热法,通过优化(NH4)6Mo7O24·4H2O和Bi(NO3)3·5H2O混合液的pH值从2增加10,在6

基于溶剂热法和微波辐射加热的耦合也可以合成钼酸盐等多种材料。Zhang等[9]采用微波辅助水热法合成多层堆叠的薄饼状Fe2(MoO4)3结构。该法具有反应时间短、晶体尺寸均一和组成更易调控等优点。Namvar等[10]探讨了微波辅助溶剂热法合成钼酸锰过程中微波功率、辐射时长、溶剂以及pH值对产物形貌的影响。结果表明,低于600 W时,成核率降低,产物呈不均匀球状同时出现少量团聚;在900 W时,成核速度较快而成长较慢。在900 W辐射3 min,发现可以自组装形成棒状结构,辐射 5 min 时聚集形成叶状纳米粒子。在900 W辐射 5 min 将溶剂更换为甲醇时,合成了纳米薄片状的钼酸锰。将pH值调节至中性后,900 W辐射5 min制备出的是粒子直径较大且具有高团聚的纳米粒子,该文献[10]表明碱性环境下能阻碍粒子团聚并起到封端的作用。

1.2 浸渍法

浸渍法是负载型催化剂的常用制备方法[11]。该法是将盐溶液中的活性组分浸渍到多孔结构载体上并渗透到其内表面进而制备出高效催化剂的一种方法[12-13]。Liang等[14]用浸渍法通过调节pH值制备了不同结构的Bi2MoO6/g-C3N4材料,并考察了其可见光下降解罗丹明B(RhB)的性能。结果表明,pH=7时合成的材料具有最高的光催化降解活性。

Zhao等[15]用浸渍法通过调节煅烧温度合成出了α-Bi2Mo3O12、β-Bi2Mo2O9、γ-Bi2MoO6和γ′-Bi2MoO6。首先配制五水硝酸铋水溶液,加入MoO3,经加热至80 ℃,加入二乙基三氨基乙酸继续搅拌直至呈无色透明溶液,缓慢汽化得到玻璃状材料前驱体;将前驱体浸涂在铟锡氧化物上,再调变煅烧温度和时间,便可制得上述4种钼酸盐。

1.3 共沉淀法

共沉淀法是利用共沉淀剂或离子间相互作用,将溶液中存在的离子直接生成沉淀,然后经过滤、洗涤和干燥等步骤制得最终产物[16]。共沉淀法制备的产物一般具有成分均一、粒度小且分布均匀等特点。该法是钼酸盐常用的制备方法[17-19]。Edrissi等[20]基于共沉淀法,系统研究了合成条件对钼酸钴结构的影响规律,合成因素包括:钴盐种类、pH值、盐的初始浓度、表面活性剂浓度、表面活性剂种类、煅烧温度和煅烧时间。

Rashad等[21]将硝酸铁水溶液与钼酸铵水溶液剧烈搅拌,混合均匀后为黄色悬浮液;然后在100 ℃下,不断搅拌悬浮液直至水分蒸发完全,再分别于300,400,500,600 ℃下焙烧2 h得到Fe2(MoO4)3粉末。Ramezan等[22]利用共沉淀法合成ZnMoO4,主要研究了十二烷基硫酸钠、聚乙二醇、十六烷基溴化铵等表面活性剂和溶剂对产物形貌的影响。结果表明,表面活性剂对产物的形貌有较大影响;此外溶剂由去离子水换成乙醇,材料由纳米片状转变为纳米棒结构,同时晶体粒度有所减小。

1.4 固相法

Oudghiri-Hassani等[23]使用固相法合成了钼酸铁纳米粒子。首先用研钵将原料九水硝酸铁、四水钼酸铵和草酸以2∶0.43∶10的摩尔比进行固相反应合成草酸前驱体;然后将草酸前驱体置于两侧均开的管式炉中,在500 ℃条件下热分解2 h,得到钼酸铁纳米粒子。

Kong等[24]采用机械球磨法合成钼酸铁催化剂。该法是将原料与玛瑙球以一定的质量比放入球磨机进行固相反应。该文献通过调控玛瑙球与原料的质量比、玛瑙球直径和球磨时间,考察了球磨条件对钼酸铁结构及催化甲醇制甲醛性能的影响。结果显示,用6 mm直径的小球制备的钼酸铁结晶度较高;随球料比增加,MoO3与Fe3(MoO4)3的摩尔比随之增加;球磨时间为30 min时制备的试样出现钼酸铁衍射峰,进一步增加时间对钼酸铁晶体的相结构没有明显影响。

1.5 其他合成法

Edrissi等[20]基于微乳液法合成了钼酸钴,该法首先制备2份相同组分的微乳液,其成分为表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵,环己醇为辅助表面活性剂,正己烷为连续油相;然后制备分散相水溶液,水相反应物分别为0.1 mol/L Co(NO3)2·6H2O和 0.1 mol/L (NH4)6Mo7O24·4H2O;接着将两种水溶液分别加入到微乳液中,再将两种混合液混合搅拌;用氢氧化钠将溶液pH值调至6;最后经离心、陈化、干燥和煅烧制得钼酸钴。

Rashad等[21]利用溶胶凝胶自燃烧法制备了不同形貌的Fe2(MoO4)3晶体。该法首先将硝酸铁溶液与钼酸铵溶液混合,加入酒石酸溶液提高溶液均匀性;随后用磁力搅拌加热器将溶胶蒸发至形成凝胶,持续加热,凝胶自动燃烧生成酒石酸前驱体;接着将燃烧产物研磨后,分别在400,500,600 ℃下焙烧2 h得到纳米结构的Fe2(MoO4)3粉末。随焙烧温度提高,样品的微孔增加。在焙烧温度为400 ℃ 时,Fe2(MoO4)3为均匀的纳米粒子,600 ℃ 时呈蜂巢状。

Yin等[25]用硬模板法制备了笼状的Bi2MoO6空心球。该法采用葡萄糖溶液聚合法制备1.5 μm左右的碳球为硬模板;然后取3 mmol 的Bi(NO3)·3H2O溶于40 mL乙二醇中;再加入0.05 g碳球,超声10 min使之均匀分散;接着在80 ℃下加热搅拌12 h,再将1.5 mmol 的Na2MoO4加入到上述混合液中,将温度升至100 ℃ 并保持12 h;接着经离心、洗涤、干燥和焙烧制得试样。Hosseinpour-Mashkan等[26]采用超声法合成了Ag0-CdMoO4纳米粒子,并探讨了不同的Ag添加量在可见光下降解甲基橙的性能。

综上所述,钼酸盐常用制备方法为共沉淀法。溶剂热法常用来合成异质结构的钼酸盐催化剂。这两种合成方法制备的产物成分均一,产物形貌易控制,但是影响因素众多,且需要消耗大量溶剂,会产生大量工业废水,对环境造成了极大的影响;浸渍法可以制备高活性组分的催化剂,利用率较高,但是其活性组分的量不容易控制,且该法也会用到大量的溶剂,对环境不友好;相比较之下,固相法操作简单且不会产生大量的工业废水,是一种环境友好型的绿色制备方法。

2 钼酸盐的光催化性质

2.1 钼酸铋

Bi4MoO9带隙很窄导致光生电子和空穴复合几率增大,降低了其光催化效率,限制了在光化学上的应用。He等[27]对Bi4MoO9进行了改性,即在NaBH4水溶液中对预合成的Bi4MoO9微分子进行表面还原处理,合成了表面具有大量氧空位的Bi4MoO9/Bi0核壳式异质结构。采用连续流动反应器在常温和μg/L水平下去除NO的速率评价光催化活性。用原位DRIFTS 实验进行光催化降解NO,结果显示,Bi4MoO9/Bi0核壳结构的催化活性比纯相Bi4MoO9高。

Shimodaira等[28]报道了仅含MoO6八面体的钼酸铋具有光催化活性,而钼酸铋中含有MoO4四面体的材料的光催化活性可忽略不计。Cheng等[29]探索了钼酸铋光还原CO2制化学品和燃料的可能性,采用水热法制备了Bi2MoO6和 Bi3.64Mo0.36O6.55。在光照 5 h 下,Bi2MoO6和 Bi3.64Mo0.36O6.55将CO2还原成CO气体的产量分别为 85.512 7,57.325 9 μmol/g。

Zheng等[30]用溶剂热法合成了不同形貌和表面结构的γ-Bi2MoO6,在可见光照射下降解RhB,发现优先暴露{010}晶面的γ-Bi2MoO6具有较优的光催化活性,即光催化性能与所暴露的晶面有着密切的关系。

Jin等[6]用溶剂热法合成了铋修饰的钼酸铋空心球,探讨了反应温度对材料晶相、组成和光催化性能的影响。结果表明,160,170,180 ℃下合成的 Bi/Bi2-xMoOy在80 min时染料降解率分别为68.57%,97.15%和 23.1%,该文献解释反应温度影响了钼酸盐的晶相组成,进而调变了钼酸铋的吸光强度,表示适当的铋修饰有利于光催化性能的提高。

Yin等[25]用硬模板法合成笼状Bi2MoO6空心球(C-BMO),与固相法合成的Bi2MoO6(SSR-BMO)比较两者的禁带能、比表面积和光降解苯酚的效率。结果表明,两种催化剂的禁带能都为2.65 V,这与文献上的2.59 V基本一致;C-BMO的比表面积为5.7 m2/g大约是SSR-BMO(0.9 m2/g)的5倍;光降解苯酚时加入C-BMO和SSR-BMO的降解效率分别为90%和34%。

Peng等[7]用原位水热法制备了钼酸铋量子点/纳米片的0D/2D异质结构。已有前人将量子点分散在g-C3N4和石墨烯薄片上,但大多数石墨烯都不具有光活性,这很大程度上阻碍了量子点的光吸收,所以该文提出将纳米量子点分散在半导体的纳米片上,这两者都是有效的光驱动催化剂,提高了复合后产物的光吸收能力。通过异质结能够提高电子空穴的分离效率,还可以很大程度上缩短有效电荷转移的长度,增加量子点导带上的光生电子的数量。作者用可见光降解RhB评价纯相Bi4MoO9、Bi2MoO6和0D/2D异质结构的光催化降解活性。结果表明,0D/2D的异质结构在黑暗状态下的吸附和光照下的降解效果都是最快的。在光降解RhB实验中,0D/2D异质结构的降解速率分别比纯的Bi4MoO9和Bi2MoO6高12%和20%。

Hao等[31]通过溶解热和加氢策略,合成了核-壳介孔Bi2MoO6晶体结构,并研究了加氢钼酸铋纳米粒子在空气中阳光驱动固氮的性能,这为温和条件下制氨反应提供了新思路。结果表明,光照下Bi2MoO6催化剂可以直接合成氨,这是因为不饱和Mo原子的边缘暴露出Mo-O配位多面体,作为活化中心实现了氮分子的化学吸附、活化和光还原。

2.2 钼酸铁

Zhang等[9]用微波辅助的水热合成法制备薄饼状的Fe2(MoO4)3,分别用FeCl3、Fe2(SO4)3和 Fe(NO3)3作为铁源合成钼酸铁,并用于光降解溴邻苯三酚红。在40 min的可见光照射下,用不同铁源合成的钼酸铁降解效果略有不同,降解率由高到低分别为Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3和FeCl3。表示铁源种类不会改变催化剂的晶相,仅仅改变颗粒的尺寸和团聚程度。

Li等[32]利用水热法在不同pH值下制备了 Fe2(MoO4)3,通过可见光照射下降解亚甲基蓝实验,评价该材料的光催化性能,接着通过羟基自由基清除技术验证了空穴是此反应的活性中心。Tian等[33]考察了Fe2(MoO4)3在可见光/H2O2条件下,降解酸性橙Ⅱ和亚甲基蓝的速率,结果表明,在较宽的pH(3~9)范围内,Fe2(MoO4)3在可见光下具有优异的降解能力,一方面是由于Fe2(MoO4)3具有较强的吸附能力,另一方面是H2O2分解产生的活性自由基·OH对光催化反应具有协同作用。

Yu等[34]通过煅烧法制备了不同Fe2(MoO4)3含量的Fe2(MoO4)3/g-C3N4(FMC)异质结构,并在可见光下通过观察降解有机染料和产氢的速率,对其光催化活性进行评价。共制备了以下几种催化剂:g-C3N4、Fe2(MoO4)3、3.1% FMC、5.1% FMC、10.9% FMC、15.2% FMC和30.7% FMC。结果表明,相比于纯相的g-C3N4和Fe2(MoO4)3,g-C3N4/Fe2(MoO4)3异质结构的光催化活性显著提升。这主要是由于 g-C3N4和Fe2(MoO4)3之间的异质结中的电子空穴对能够有效分离,导致载流子的复合率降低,进而提升光催化性能。

2.3 钼酸钴

Edrissi等[20]采用微乳液法合成了CoMoO4,考察了该材料的可见光降解性能,结果显示100 min降解了91.47%的活性黑8染料。近些年,有些研究者还将钼酸钴与其它材料复合成异质结构,用于提高钼酸钴的光催化活性。Pirhashemi等[35]制备了带有p-n异质结的ZnO/CoMoO4光催化剂,用降解RhB溶液实验对比测试了ZnO、CoMoO4和ZnO/CoMoO4的光催化性能。结果显示,ZnO/CoMoO4(CoMoO4质量含量30%)光催化降解速率分别为ZnO和CoMoO4的19.6和6.26倍。此外,ZnO/CoMoO4复合材料在降解亚甲基蓝、亚甲基橙和品红实验中同样具有优异的光催化效果。

Yangjeh等[36]制备了一种新颖可回收磁性光催化剂g-C3N4/Fe3O4/CoMoO4,并考察了其光催化性能。结果表明,CoMoO4质量分数为30%具有最优的光催化活性,在降解RhB、甲基蓝、甲基橙和品红实验中分别是纯g-C3N4的10,15,31.8和37倍,是g-C3N4/Fe3O4二元复合物降解速度的 9.2,9.1,12.4和16倍。

2.4 钼酸镉

Wang等[37]报道了大规模合成均质核壳结构CdMoO4的方法,即以十二烷基硫酸钠为表面活性剂,以水为溶剂,合成了直径约为 4 μm,壳层厚度平均为200 nm的壳核结构的CdMoO4微球。紫外光照射60 min能够完全降解400 mL RhB(1×10-5mol/L),该文献还与未煅烧的催化剂的光降解速率进行对比,比未煅烧的催化剂效率快50%。

Hosseinpour-Mashkan等[26]采用超声法合成了Ag0-CdMoO4纳米粒子,即以蔗糖为表面活性剂加入Cd(NO3)3·6H2O 溶液,超声分散,并加入(NH4)6Mo7O24·4H2O 溶液,经冷却、过滤、洗涤和干燥;然后将上述合成的CdMoO4和AgNO3溶液按1∶0.3和1∶0.5摩尔配比进行混合、搅拌,然后将还原剂一水合肼加入上述混合液中,过滤、洗涤和干燥制得产物。在可见光照射下测试了CdMoO4、银含量f分别为0.3 g和0.5 g的复合催化剂降解甲基橙的性能。结果显示,银掺杂的催化剂活性较高,含0.3 g和0.5 g的银光降解速率分别为75%和98%。

2.5 钼酸铅

钼酸铅是宽禁带晶体,有良好的光学性质和稳定性。Datta等[38]采用两步法合成二维PbMoO4纳米片。先从MoO3块状结构中提取α-MoO3-x,再用浸渍法合成二维PbMoO4纳米片,并考察了其光催化降解RhB的性能。结果显示,在黑暗状态下降解RhB 120 min,PbMoO4吸附7%,α-MoO3-x吸附24%;在120 min可见光照射下,PbMoO4的降解率为72%,α-MoO3-x降解率为40%,表明α-MoO3-x的光降解效果远没有二维PbMoO4纳米片的优异。

Du等[39]用溶剂热法以乙二醇为溶剂和表面改性剂合成了黑色的PbMoO4纳米颗粒,并在可见光照射下降解亚甲基蓝和苯酚溶液测试其光催化效果。结果表明,不同颜色的PbMoO4带隙能不一样,黑色的是1.69 eV,白色的是3.37 eV。在光降解之前,作者进行了4 h的黑暗状态下的吸附-脱附平衡实验。用350 W的氙灯和380 nm的滤波片模拟可见光光源。分别用乙二醇和水作溶剂合成 PbMoO4,可见光照射240 min后分别降解22.4%和85.3%的亚甲基蓝,降解6.5%和59.5%的苯酚。

2.6 钼酸铈

Karthik等[40]用钼酸铈纳米管修饰氧化石墨烯制备复合材料CeMo/GO,该文献中用该材料做氯霉素(CAP)电化学痕迹检测的同时可以进行光催化降解CAP。CeM/GO复合改性的玻碳电极能够降低电极电位和增加阴极峰值电流,对CAP还原具有较优的电催化活性。此外,可见光照射50 min后,CeM/GO对CAP的降解率为99%,比Ce(MoO4)2提高了约为40%。Sobhani-Nasab等[41]用超声法合成了钼酸铈,并用葡萄糖作为封端剂控制产物结构和形貌,考察了其光催化性能。结果表明,在5 h可见光照射下,甲基橙的降解率为89%。

2.7 钼酸锶

Hosseinpour-mashkani等[42]采用超声化学法,用葡萄糖作为封端剂抑制纳米粒子的过度生长和团聚,合成了纳米结构的SrMoO4,在紫外光照射 60 min 后降解73%甲基橙。该文献表示封端剂对产物形貌和光催化降解性能都具有明显的调控效应。Rahimi-nasrabadi[43]以氨基酸为封端剂制备了花状纳米结构,并考察了其光催化降解甲基橙的性能,结果表明,80 min紫外光照后甲基橙降解率为83%。

2.8 其它钼酸盐光催化性质

Singh等[44]在室温下用超声法合成了 GO-CuMoO4,可见光照射下对比了纯相CuMoO4、GO-CuMoO4(质量比1∶2)、GO-CuMoO4(质量比1∶1)和GO-CuMoO4(质量比2∶1)降解亚甲基蓝的性能。结果表明,上述材料分别在140 min降解30%、85 min降解95%、70 min降解97%和32 min降解99%,即可见光催化活性随氧化石墨烯含量增加而提升。Farzad Namvar等[10]用微波辅助溶剂热法合成了叶状的MnMoO4纳米结构,在90 min紫外光照射下,甲基橙的降解率为88%。Ray等[45]用微波水热法合成Cu掺杂的α-NiMoO4,研究了该材料的抗菌性能和光催化降解有机污染物的效果。

Ramezani等[22]基于共沉淀法用不同表面活性剂和溶剂合成了不同形貌的ZnMoO4纳米结构,其中用乙醇为溶剂,聚乙二醇为表面活性剂合成的ZnMoO4,在可见光照射6 h后降解90%甲基橙,具有较优的光催化活性。Yang等[46]通过水热法以十二烷基硫酸钠(SDS)为表面活性剂合成了银负载的钼酸银纳米颗粒复合物,并在可见光下降解RhB评价其光催化活性。结果表明,当合成温度为160 ℃,SDS添加量为0.5 g时制备的复合材料具有最优的光催化性能。该文献解释是由于复合后的材料能够增强光吸收效果,尤其能提高空穴电子对的分离和有效地阻止其重新组合。此外,前驱液pH值和合成时间对光催化活性也有一定影响,在pH=7和反应时间为14 h时复合材料的光催化性能较优。

3 钼酸盐光催化机理及影响因素

3.1 钼酸盐光催化机理

钼酸盐在进行光催化反应时,当入射光的能量不小于其禁带宽度时,会激发其价带上电子e-跃迁到导带上,同时也会产生空穴h+,此为电子-空穴对;然后电子和空穴分别扩散到钼酸盐表面,空穴具有氧化能力,电子具有还原能力,与吸附在钼酸盐表面上的物质进行氧化还原反应。钼酸盐的光催化机理见图1。

图1 钼酸盐光催化机理Fig.1 Photocatalytic mechanism of molybdate

钼酸盐在光催化降解污染物时生成的活性自由基及其转化反应具体见式(1)~式(9)[47]。

Catalyst +hv →e-+h+

(1)

(2)

(3)

H2O2→OH-+·OH

(4)

h++OH-→·OH

(5)

h++H2O →·OH +H+

(6)

h++H2O →H2O2+2H+

(7)

R—H +·OH →·R++H2O

(8)

R—H +h+→·R+→CO2+H2O

(9)

Yang[46]在用Ag/Ag2MoO4光降解RhB时,使用多种自由基清除剂,包括三乙醇胺、重铬酸钾、异丙醇和对苯醌,分别用于捕获空穴、电子、·OH自由基和O2-。结果显示,加入三乙醇胺和异丙醇可以显著降低降解活性,这说明空穴和·OH在降解RhB时起重要的作用;当加入重铬酸钾时,降解效率明显提高,这可能是由于有效地阻止了空穴和电子重新组合所致。有些研究者在反应体系中加入H2O2,用以提供多余的·OH活性自由基,进而提高光催化降解效率。Rashad等[21]在用Fe2(MoO4)3降解RhB时,在反应体系中加入了H2O2,光催化性能明显改善。Yin等[25]用笼状Bi2MoO6空心球降解苯酚时用异丙醇作·OH自由基清除剂,验证了·OH 为主要降解苯酚的活性自由基。Li等[32]采用自由基清除技术在钼酸铁微球降解亚甲基蓝实验中,以叔丁醇为·OH清除剂验证了·OH是降解亚甲基蓝的主要活性自由基。

3.2 钼酸盐光催化性能影响因素

影响钼酸盐光催化剂性能的因素较多,具体包括钼酸盐的能带结构、尺寸、晶型、晶面、形貌和溶液pH值等。归结起来主要是催化剂的光吸收范围和光生载流子的分离效率两大方面。

可以采用掺杂的方式,拓宽钼酸盐结构的光响应范围;掺杂的离子可以作为捕获中心,分离电子空穴对的作用;掺杂也可以造成晶格缺陷,增加活性中心位点。Ray等[45]用Cu掺杂的α-NiMoO4,Hosseinpour-Mashkani等[26]采用超声法合成了Ag掺杂的CdMoO4纳米粒子,都实现了用金属离子掺杂提高催化剂光催化性能;也可以通过金属沉积形式对钼酸盐表面进行修饰,改变钼酸盐表面性质和电子分布从而提高光催化性质,如He等[27]合成的Bi4MoO9/Bi0核壳式异质结构,铋金属的等离子共振增加了Bi4MoO9的光吸收能力;还可以将两种光催化剂进行复合形成异质结构,如将钼酸盐与 g-C3N4复合成异质结构提高光催化性能。

此外,还可以通过改变催化剂的尺寸和形貌提高钼酸盐催化剂的光催化活性。催化剂的形貌与催化活性有很大的关系,形貌不同,表面积、暴露的活性位点、吸附能力和与反应物可接触面积都会有所不同,基于制备方法和合成条件的不同能够得到不同形貌钼酸盐催化剂,比表面积也会相应的有变化。Liu等[48]探讨了花状和片状的BiOCl光催化降解RhB的影响,得出花状的BiOCl的催化性能要比片状的性能高。Ramezani等[22]合成了不同形貌的ZnMoO4纳米结构,并探讨了ZnMoO4形貌对光催化的影响;改变催化剂的尺寸会一定程度的影响能带带隙宽度,如果将催化剂尺寸降到纳米尺寸,会产生量子尺寸效应,能带带隙变宽,氧化还原能力增强,也会影响催化剂的光吸收能力。

钼酸盐光催化剂的晶型结构包括MoO6八面体和MoO4四面体,Shimodaira等[28]报道了仅含MoO6八面体的钼酸铋具有光催化活性,而钼酸铋中含有MoO4四面体的材料的光催化活性可忽略不计。催化反应是在钼酸盐表面进行的,其晶面的不同可以有不同的催化效果,Zheng等[30]发现优先暴露{010}晶面的γ-Bi2MoO6具有较优的光催化活性。在光降解染料时,由于染料溶液的pH值不同,染料所带的电荷与催化剂表面电荷的异同会直接影响染料在催化剂表面的吸附。光照强度对光催化也有一定的影响,如果光照过强会导致光催化剂表面温度过高,引发团聚,降低光催化性能。

4 结束语

相对于传统的热催化反应研究及应用,光催化的研究仍处于初级阶段。然而化石燃料的大量消耗以及随之而来的环境污染和温室效应等问题日益凸显,促使光的能源转化研究不断取得新的突破,能源转换效率从1%提升到14%,从μmol/g·h提升到mmol/g·h甚至mol/g·h级别[2]。光催化应用广泛,包括有机废水降解、小分子的能源转化等。作为我国储量较为丰富的钼元素,现阶段钼酸盐的基础研究仍驻足于有机染料降解方面,需要进一步拓展钼酸盐在其它光催化领域的应用可能性。钼酸盐种类较多,光催化活性差异明显,与发展较为成熟的TiO2、g-C3N4等催化剂相比,其可见光降解转化性能仍需进一步提高。这可以从调变钼酸盐本身的性质和光催化反应条件两方面着手,例如调控钼酸盐的尺寸、晶体结构、晶面取向、晶型以及溶液的pH值等。总之,作为一种绿色、廉价的可见光催化剂,探究更多不同的制备方法和应用领域具有一定的科学和工业意义。

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一种钼酸锂的制备方法
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随机与异质网络共存的SIS传染病模型的定性分析
Ag2CO3/Ag2O异质p-n结光催化剂的制备及其可见光光催化性能
稀土La掺杂的Ti/nanoTiO2膜电极的制备及电催化活性
环化聚丙烯腈/TiO2纳米复合材料的制备及可见光催化活性
MoS2/ZnO异质结的光电特性
高性能钼酸锌/碱式钼酸锌微粉合成研究*
Fe3+掺杂三维分级纳米Bi2WO6的合成及其光催化活性增强机理