高温硫化法制备La3NbS2O5及其可见光催化性能研究

论文摘要

具有可见光响应的窄带隙半导体光催化材料是近数十年以来多相半导体光催化技术的研究重点。硫氧化物因其避免了传统硫化物可见光催化剂的光腐蚀与不稳定性,以及很强的可见光吸收特性,成为人们设计和合成新型可见光催化剂的一个重要方向。本文在对近年来国内外多相半导体光催化剂的制备和应用综述的基础上,针对传统高温固相法的不足,首次利用高温硫化法制备了钙钛矿型结构的La3NbS2O5光催化剂,并以亚甲基蓝的光催化降解为反应模型考察了可见光下La3NbS2O5的光催化性能。高温硫化法是先通过简单的柠檬酸络合法制备无定形态的前驱体La3NbO7,然后使用H2S气体进行高温硫化。本文采用高温硫化法制备了光催化剂La3NbS2O5,运用X射线衍射（XRD）、电子扫描显微镜（SEM）、比表面积（BET）和紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）对所得样品进行表征,并与传统高温固相法制备的样品作了简单比较。结果表明,相对于高温固相法须1000℃焙烧96h,硫化法在700℃时通入H2S气体1h便可获得Ruddlesden-Popper-type层状钙钛矿型结构的La3NbS2O5纯相。硫化时间和温度增加时,La3NbS2O5晶体结晶度提高,晶粒长大。样品颗粒粒径小（100-600 nm）、粒径分布单一,呈规则的类球形。随着硫化温度的提高,La3NbS2O5颗粒粒径增大,有轻微的团聚现象,而颗粒比表面积则逐渐降低（11.39→5.81m2/g）。UV-Vis DRS结果表明,样品在400-600 nm的可见光区有明显的吸收特性,其最大吸收带边为650nm,禁带宽度为1.91eV,具有可见光响应。以亚甲基蓝溶液的光催化降解为模型反应,在可见光（λ>400nm）范围下考察了样品La3NbS2O5的光催化性能,并研究了硫化温度、硫化时间、催化剂用量、溶液初始pH值、H2O2加入量和制备方法等对La3NbS2O5光催化氧化性能的影响。实验得到较优的光催化剂制备工艺为800℃下硫化1 h；催化剂的最佳用量为3g/L,碱性环境有利于样品光催化性能的提高,H2O2的最佳加入量为8mL/L。可见光下照射12h,高温硫化法制备的光催化剂La3NbS2O5对亚甲基蓝的降解率（92.7%）,明显高于固相法催化剂（51.7%）。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 半导体光催化的作用机理及影响因素
• 1.2.1 半导体光催化的作用机理
• 1.2.2 半导体催化剂催化性能影响因素
• 1.3 半导体光催化剂的研究进展及改进技术
• 1.3.1 贵金属沉积
• 1.3.2 离子掺杂
• 1.3.3 表面光敏化
• 1.3.4 半导体复合
• 1.3.5 新型窄禁带半导体光催化剂
• 1.4 半导体光催化剂的制备方法
• 1.4.1 固相反应法
• 1.4.2 溶胶-凝胶法
• 1.4.3 水热法
• 1.4.4 其他制备方法
• 1.5 半导体光催化技术在环境净化领域的应用
• 1.6 本课题的研究目的、意义及主要内容
• 3NbS₂O₅及表征'>第二章 硫化法制备光催化剂La₃NbS₂O₅及表征
• 3NbS₂O₅的制备'>2.1 硫氧化物La₃NbS₂O₅的制备
• 2.1.1 实验试剂及仪器
• 2.1.2 样品的高温硫化法制备
• 2.1.3 样品的高温固相法制备
• 3NbS₂O₅的表征'>2.2 硫氧化物La₃NbS₂O₅的表征
• 2.2.1 X射线衍射（XRD）分析
• 2.2.2 扫描电子显微镜（SEM）分析
• 2.2.3 晶粒及比表面结（BET）分析
• 2.2.4 紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）分析
• 2.3 本章小结
• 3NbS₂O₅光催化降解亚甲基蓝的实验研究'>第三章 可见光下La₃NbS₂O₅光催化降解亚甲基蓝的实验研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验试剂及仪器
• 3.1.2 评价方法和参数确定
• 3.1.3 高温固相法合成的催化剂的活性研究
• 3NbS₂O₅光催化活性研究'>3.2 高温硫化法制备的催化剂La₃NbS₂O₅光催化活性研究
• 3NbS₂O₅光催化性能的影响'>3.2.1 硫化温度对La₃NbS₂O₅光催化性能的影响
• 3NbS₂O₅光催化性能的影响'>3.2.2 硫化时间对La₃NbS₂O₅光催化性能的影响
• 3NbS₂O₅光催化性能的影响'>3.2.3 催化剂用量对La₃NbS₂O₅光催化性能的影响
• 3NbS₂O₅光催化性能的影响'>3.2.4 溶液初始pH值对La₃NbS₂O₅光催化性能的影响
• 3NbS₂₅光催化性能的影响'>3.2.5 H202加入量对La₃NbS₂₅光催化性能的影响
• 3NbS₂O₅光催化性能的影响'>3.2.6 制备方法对La₃NbS₂O₅光催化性能的影响
• 3NbS₂O₅光催化反应机理及稳定性研究'>3.3 光催化剂La₃NbS₂O₅光催化反应机理及稳定性研究
• 3NbS₂O₅降解亚甲基蓝的反应机理初探讨'>3.3.1 光催化剂La₃NbS₂O₅降解亚甲基蓝的反应机理初探讨
• 3NbS₂O₅光催化的稳定性'>3.3.2 光催化剂La₃NbS₂O₅光催化的稳定性
• 3.4 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文