离子掺杂烧绿石型钽酸钠纳米材料的制备及光催化活性研究

论文摘要

光催化剂在治理有机污染物方面的应用越来越受到人们的重视,人们希望能找到能充分吸收利用太阳光、催化效率高的光催化剂。具有烧绿石型钽酸钠的光催化活性优于钙钛矿结构的钽酸钠,这为解决人类面临的资源和环境问题提供了广阔的应用前景。本文采用水热法制备了烧绿石型钽酸钠及一系列镧、锌离子掺杂的钽酸钠,并采用XRD、SEM、UV-Vis-DRS、FTIR等表征手段研究了产物物相组成、结构形貌、谱学特征和光学性能。结果表明,反应制备过程中,碱浓度是影响钽酸盐相结构的一个重要因素。随着碱浓度的提高,钽酸钠的相结构由烧绿石型向钙钛矿型转变。随着水热温度的升高,烧绿石型钽酸钠的结晶性提高。在碱浓度为0.1M-3M时,水热150。C、3小时下可得到纯相的Na2Ta206。SEM电镜图像表明Na2Ta2O6的粒径在10nm左右。EDS结果表明催化剂是由Na、Ta、O三种元素组成。通过UV-Vis漫反射光谱分析计算得到Na2Ta2O6的带隙为4.51eV。在紫外光照射下, Na2Ta206表现出良好的催化活性。用水热法制备合成了镧、锌掺杂的烧绿石型纳米钽酸钠催化剂。XRD分析表明,掺杂后的样品衍射峰向高角度发生偏移。这说明掺杂离子替代Na+离子进入Na2Ta206晶格中。通过UV-Vis漫反射光谱分析计算得到掺杂后Na2Ta206的带隙能较Na2Ta206的带隙能低。FT-IR结果表明,掺杂后钽酸钠的特征峰向高波数偏移,说明掺杂离子进入钽酸钠的晶格中引起了化学键电荷分布的变化,导致振动频率的变化。通过光照降解亚甲基蓝溶液实验,发现掺杂后的离子能够提高钽酸钠的催化活性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光催化基本原理
• 1.3 提高半导体光催化剂活性的途径
• 1.3.1 晶粒尺寸
• 1.3.2 表面超强酸化
• 1.3.3 掺杂
• 1.3.4 光敏化剂
• 1.4 纳米半导体光催化剂的制备方法
• 1.4.1 固相反应法
• 1.4.2 水热反应法
• 1.4.3 溶胶-凝胶法
• 1.5 本文的研究背景、立项依据、研究内容以及创新点
• 1.5.1 本文的研究背景及立项依据
• 1.5.2 本文的研究内容
• 1.5.3 本文研究特色与创新
• 第二章 实验材料、制备方法及实验表征
• 2.1 实验材料及实验仪器
• 2.1.1 主要试剂
• 2.1.2.主要实验仪器
• 2.2 试验方法——水热合成
• 2.3.实验表征方法
• 2.3.1 X-射线粉末衍射（XRD）
• 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.3.3 傅里叶红外光谱（FT-IR）
• 2.3.4 紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis-DRS）
• 2.3.5 比表面积分析（BET）
• 2.3.6 液相光催化性能测试——降解亚甲基蓝
• 2Ta₂O₆的制备、表征及催化性能研究'>第三章 Na₂Ta₂O₆的制备、表征及催化性能研究
• 3.1 引言
• 2Ta₂O₆的水热合成'>3.2 Na₂Ta₂O₆的水热合成
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 样品物相及形貌分析
• 3.3.2 紫外—可见漫反射光谱（UV-Vis-DRS）
• 3.3.3 傅里叶红外光谱（FT-IR）
• 3.3.4 光催化活性测试
• 3.4 小结
• 2Ta₂O₆的制备、表征及性能活性研究'>第四章 镧、锌掺杂Na₂Ta₂O₆的制备、表征及性能活性研究
• 4.1 引言
• 2Ta₂O₆的水热合成'>4.2 La、Zn掺杂Na₂Ta₂O₆的水热合成
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 样品物相及形貌分析
• 4.3.2 紫外—可见漫反射光谱（UV-Vis-DRS）
• 4.3.3 傅里叶红外光谱（FT-IR）
• 4.3.4 光催化活性测试
• 4.4 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间主要成果
• 致谢