多金属氧酸盐—层状双氢氧化物超薄膜的合成与性质研究

发布时间：2017-09-22 07:47

  本文关键词：多金属氧酸盐—层状双氢氧化物超薄膜的合成与性质研究

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【摘要】：层状双金属氢氧化物(LDHs),又称为水滑石,由带结构正电荷的层板和填充在层间的带负电荷的阴离子构成。它的结构和性能决定了其在工业生产中有许多应用,近年来,将LDHs用于水中有机污染物光降解的文献报道有很多,但因其对可见光光响应能力差而导致其可见光光催化效果往往不佳。多金属氧酸盐(POMs)由于其特有的结构、优异的物理化学性质和光电学性质而引起学术界广泛的重视,其在催化、医药、生物和材料科学等方面的应用报道层出不穷。多金属氧酸盐插层水滑石层状化合物(LDHs-POMs)是一类新型功能性复合材料。将POMs引入层间,对层间的多金属氧酸盐离子和金属氢氧化物阳离子层板的物理化学性质都会起到有效的提高作用。目前普遍采用的LDHs插层组装方法有:离子交换法、焙烧复原法、一步合成法、溶胶-凝胶法等。但是,体积很大的如Keggin型和Dawson型的POMs,利用传统的方法很难将其插入LDHs层间。本论文采用近期报道的剥离-重组法,首先将LDHs剥离为纳米片,再与多金属氧酸盐离子层层交替组装,形成了LDHs-POMs杂化材料。本论文以Zn-Cr-NO3-LDH、Zn-Al-NO3-LDH、Zn-Ti-NO3-LDH三种水滑石为前躯体,通过层层组装的方法制备了基于剥离的锌铬、锌铝、锌钛双氢氧化物单层和典型的Dawson型多金属氧酸盐阴离子α-P2W18O626-(P2W18)静电作用的新型超薄膜(UTFs),即Zn-Cr-P2W18 UTFs、Zn-Al-P2W18 UTFs和Zn-Ti-P2W18 UTFs。采用XRD,FT-IR,ICP-AES,UV/DRS,SEM对样品的结构和形貌进行了表征。结果表明,P2W18的结构在超薄膜中未发生改变,超薄膜的厚度在纳米范围,表面形貌完整有序。以制备的超薄膜为光催化剂测试了水溶液中偶氮类染料刚果红(CR)的可见光催化降解活性。光催化结果表明,合成的3种超薄膜都具有较高的可见光光催化活性,其中,Zn-Ti-P2W18 UTFs的可见光催化活性最高。以Zn-Ti-P2W18 UTFs为例,由剥离的Zn-Ti-LDH单层和P2W18层层组装形成的超薄膜具有比纯Dawson型多金属氧酸盐阴离子和纯Zn-Ti-NO3-LDH都高得多的光催化活性,主要归因于多金属氧酸盐阴离子和剥离的锌钛双氢氧化物单层的强化学键作用对其可见光光响应能力的提高,由此我们推测在可见光光催化降解过程中存在层板和层间的协同效应。此外,我们探讨了溶液的pH值、染料浓度、催化剂用量、沉积循环次数和层板类型对光催化性能的影响。
【关键词】：层状双氢氧化物 多金属氧酸盐 剥离 层层组装 超薄膜 光催化
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.2;O643.36
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 水滑石类层状材料10-14
• 1.1.1 LDHs结构简介10-11
• 1.1.2 LDHs的主要性质11-12
• 1.1.3 LDHs的制备方法12-13
• 1.1.4 LDHs的应用13-14
• 1.2 多金属氧酸盐14-17
• 1.2.1 多金属氧酸盐的简介14-15
• 1.2.2 多金属氧酸盐的结构及性质15-17
• 1.2.3 多金属氧酸盐光催化降解染料17
• 1.3 多酸插层类水滑石化合物17-20
• 1.3.1 LDHs-POMs的插层组装方法18-20
• 1.3.1.1 LDH的剥离18-19
• 1.3.1.2 LDH纳米片的组装19-20
• 1.3.2 LDHs-POMs的应用20
• 1.4 本文的选题依据，，目的与内容20-21
• 第2章 Dawson型多金属氧酸盐-Zn/Cr层状双氢氧化物超薄膜的合成21-31
• 2.1 引言21
• 2.2 实验部分21-24
• 2.2.1 原料与设备21-22
• 2.2.2 Zn-Cr-P_2W_(18) UTFs的制备22-23
• 2.2.2.1 Zn-Cr-LDH的制备22-23
• 2.2.2.2 Zn-Cr-LDH纳米单层的制备23
• 2.2.2.3 UTFs的制备23
• 2.2.3 性能测试23-24
• 2.2.3.1 扫描电镜(SEM)分析23
• 2.2.3.2 红外光谱(IR)分析23
• 2.2.3.3 X射线衍射(XRD)分析23
• 2.2.3.4 元素分析23-24
• 2.2.3.5 光学特性分析24
• 2.3 结果与讨论24-31
• 2.3.1 Zn-Cr-LDH的表征24-26
• 2.3.2 Zn-Cr-P_2W_(18) (UTFs)_n的表征26-31
• 第3章 Dawson型多金属氧酸盐-Zn/Al层状双氢氧化物超薄膜的合成31-40
• 3.1 引言31
• 3.2 实验部分31-33
• 3.2.1 原料与设备31-32
• 3.2.2 Zn-Al-P_2W_(18)超薄膜的制备32-33
• 3.2.2.1 Zn-Al-NO_3~- LDH的制备32
• 3.2.2.2 Zn-Al-LDH纳米单层的制备32
• 3.2.2.3 UTFs的制备32-33
• 3.2.3 性能测试33
• 3.2.3.1 扫描电镜(SEM)分析33
• 3.2.3.2 红外光谱(IR)分析33
• 3.2.3.3 X射线衍射(XRD)分析33
• 3.2.3.4 元素分析33
• 3.2.3.5 光学特性分析33
• 3.3 结果与讨论33-40
• 3.3.1 Zn-Al-LDH的表征33-35
• 3.3.2 Zn-Al-P_2W_(18) (UTFs)_n(n=3，6，9，12)表征35-40
• 第4章 Dawson型多金属氧酸盐-Zn/Ti层状双氢氧化物超薄膜的合成40-54
• 4.1 引言40-41
• 4.2 实验部分41-43
• 4.2.1 原料与设备41-42
• 4.2.2 Zn-Ti-P_2W_(18)超薄膜的制备42-43
• 4.2.2.1 Zn-Ti-NO_3~-LDH的制备42
• 4.2.2.2 Zn-Ti-LDH纳米单层的制备42
• 4.2.2.3 UTFs的制备42-43
• 4.2.3 性能测试43
• 4.2.3.1 扫描电镜(SEM)分析43
• 4.2.3.2 红外光谱(IR)分析43
• 4.2.3.3 X射线衍射(XRD)分析43
• 4.2.3.4 元素分析43
• 4.2.3.5 光学特性分析43
• 4.3 结果与讨论43-54
• 4.3.1 Zn-Ti-LDH的表征43-45
• 4.3.2 Zn-Ti-P_2W_(18) (UTFs)_n (n=3，6，9，12)的表征45-49
• 4.3.3 Zn-Ti-SiW_(11) UTFs的表征49-51
• 4.3.4 Zn-Ti- P_5W_(30) UTFs的表征51-54
• 第5章 Dawson型多金属氧酸盐-层状双氢氧化物超薄膜的可见光光催化性能54-67
• 5.1 引言54
• 5.2 实验部分54
• 5.3 结果与讨论54-67
• 第6章 结论与展望67-69
• 参考文献69-76
• 发表论文和科研情况说明76-77
• 附录77-78
• 致谢78-79

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