Ni掺杂型钙钛矿复合炭材料的制备及其催化性能
发布时间：2021-10-28 15:58
采用溶胶-凝胶法合成了一系列掺杂型LaNixMn1-xO3（x=0.1,0.3,0.5,0.7,0.9）钙钛矿催化剂,并采用机械研磨法制备LaNi0.9Mn0.1O3/活性炭,LaNi0.9Mn0.1O3/石墨烯复合材料。采用XRD、SEM、BET、XPS等手段对材料进行结构表征。结合光催化降解中性红反应,考察镍掺杂量和不同的炭载体对LaNi0.9Mn0.1O3结构以及催化性能的影响,并探讨复合材料的降解机理。结果表明,镍掺杂和炭负载都能够明显提高材料的催化性能。当x=0.9时,掺杂型催化剂的催化活性达到最佳,进一步负载炭材料后LaNi0.9Mn0.1O3/HAC催化剂性能最佳,其降解率可达到97%。镍的引入提高了催化剂的颗粒分散性,而炭材料负载使催化剂比表面积...
【文章来源】：硅酸盐通报. 2020,39(10)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
不同材料的SEM照片
研究发现钙钛矿型催化剂表面氧的变化情况对催化剂的降解效果影响较大。图3为LaNi0.9Mn0.1O3、LaNi0.9Mn0.1O3/rGO、LaNi0.9Mn0.1O3/AC、LaNi0.9Mn0.1O3/HAC的O1s XPS光谱,位于529 eV附近的峰为晶格氧O2-的能谱峰,531 eV附近的峰为吸附氧O-/O2-,532 eV附近出现的峰属于OH-/CO 3 2- ,533 eV的峰归属于吸附水峰[24]。表2列出了材料表面不同氧所占的百分含量,由表2知Ni元素的掺杂使晶格氧O2-的百分含量降低,吸附氧O-/O2-含量升高,在LaNixMn1-xO3(x=0.1,0.3,0.5,0.7,0.9)系列材料中LaNi0.1Mn0.9O3的晶格氧O2-含量最高,这可能是由于Ni3+和Mn3+的离子半径不同(rNi3+=0.060 0 nm,rMn3+=0.065 5 nm),Mn3+离子半径较大,因而当Mn的含量增大时晶格间距也会随之变大则催化剂便会产生更多的氧电子空位,致使催化剂的晶格氧含量增大[25],而随着Ni含量的增加,材料的吸附氧O-/O2-含量也随之增大,且研究结果显示炭材料负载也降低了晶格氧O2-在材料表面的含量,同时提高了吸附氧O-/O2-含量,这说明Ni掺杂和炭负载对晶格氧O2-与吸附氧O-/O2-的含量均有一定影响。这可能因为Ni含量的增加和炭材料负载都增大了材料比表面积,暴露更多的吸附位点,促使表面氧含量增加,在一定程度上促进催化剂催化性能的提升。表2 LaNixMn1-xO3及钙钛矿复合材料的O1s元素氧含量百分比Table 2 Oxygen content percentage of O1s element in LaNixMn1-xO3 and perovskite composite materials /% Sample O2- O-/O2- OH-/CO 3 2- Adsorbed water LaNi0.1Mn0.9O3 50.99 23.73 20.99 4.29 LaNi0.3Mn0.7O3 42.14 24.55 22.48 10.83 LaNi0.5Mn0.5O3 33.67 33.23 22.94 10.16 LaNi0.7Mn0.3O3 31.59 35.69 21.84 10.88 LaNi0.9Mn0.1O3 24.34 37.50 31.74 6.42 LaNi0.9Mn0.1O3/rGO 14.37 41.81 29.56 14.26 LaNi0.9Mn0.1O3/AC 17.08 39.66 29.99 13.27 LaNi0.9Mn0.1O3/HAC 19.49 47.77 24.69 8.05
2.5.1 不同材料对中性红的光催化影响不同催化剂在氙灯下对中性红溶液的降解率随时间的变化曲线如图4所示。由图可知,改良后的催化剂在相同条件下催化活性明显高于改良前的LaMnO3。在相同条件下催化剂对中性红的降解率随着时间的延长而升高,120 min时各催化剂光催化活性顺序为LaNi0.9Mn0.1O3/HAC>LaNi0.9Mn0.1O3/rGO>LaNi0.9Mn0.1O3/AC>LaNi0.9Mn0.1O3>LaMnO3。由此可以看出Ni元素的添加和炭材料的负载都有利于催化活性的提高。结合表征结果推测,催化剂的活性可能和催化剂表面吸附氧含量以及材料的比表面积有关。这是由于材料表面含有丰富吸附氧O-/O2-导致材料的负电荷含量增加,大量的负电荷进攻有机染料中高电子密度的部分,促进了有机染料的降解。同时较大的比表面积能使材料暴露更多的活性位点,从而提高材料的催化活性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属卤化物钙钛矿光催化的研究进展[J]. 李鑫,张太阳,王甜,赵一新. 化学学报. 2019(11)
[2]LaNixFe1-xO3钙钛矿光催化降解碱性品红[J]. 吴丹,詹海鹃,刘宇凤,吴之强,刘万毅. 硅酸盐通报. 2019(06)
[3]铁酸镧的合成及应用研究进展[J]. 陈平,王瑶,王晨. 硅酸盐通报. 2019(03)
[4]印染废水处理工艺设计研究[J]. 陈巍威,耿啸天. 中国资源综合利用. 2018(05)
[5]光催化处理挥发性有机物研究进展[J]. 张轩,郭斌,孙嘉祺,解启航. 现代化工. 2018(05)
[6]钙钛矿材料的结构、性能及催化研究进展[J]. 詹海鹃,刘万毅. 硅酸盐通报. 2017(04)
[7]钙钛矿氧化物的制备及其在环境保护中的应用[J]. 陈彦广,闫伟宁,韩洪晶,张雷,安宏宇,王海英. 硅酸盐通报. 2016(07)
硕士论文
[1]改性LaFeO3的制备及催化降解印染废水研究[D]. 王瑶.东北石油大学 2019
[2]LaNixB1-xO3（B=Fe,Mn）钙钛矿用于光催化反应性能研究[D]. 吴丹.宁夏大学 2019
[3]钙钛矿型氧电极催化剂LaMnO3的掺杂改性研究及应用[D]. 王兆栋.合肥工业大学 2016
本文编号：3463029
【文章来源】：硅酸盐通报. 2020,39(10)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
不同材料的SEM照片
研究发现钙钛矿型催化剂表面氧的变化情况对催化剂的降解效果影响较大。图3为LaNi0.9Mn0.1O3、LaNi0.9Mn0.1O3/rGO、LaNi0.9Mn0.1O3/AC、LaNi0.9Mn0.1O3/HAC的O1s XPS光谱,位于529 eV附近的峰为晶格氧O2-的能谱峰,531 eV附近的峰为吸附氧O-/O2-,532 eV附近出现的峰属于OH-/CO 3 2- ,533 eV的峰归属于吸附水峰[24]。表2列出了材料表面不同氧所占的百分含量,由表2知Ni元素的掺杂使晶格氧O2-的百分含量降低,吸附氧O-/O2-含量升高,在LaNixMn1-xO3(x=0.1,0.3,0.5,0.7,0.9)系列材料中LaNi0.1Mn0.9O3的晶格氧O2-含量最高,这可能是由于Ni3+和Mn3+的离子半径不同(rNi3+=0.060 0 nm,rMn3+=0.065 5 nm),Mn3+离子半径较大,因而当Mn的含量增大时晶格间距也会随之变大则催化剂便会产生更多的氧电子空位,致使催化剂的晶格氧含量增大[25],而随着Ni含量的增加,材料的吸附氧O-/O2-含量也随之增大,且研究结果显示炭材料负载也降低了晶格氧O2-在材料表面的含量,同时提高了吸附氧O-/O2-含量,这说明Ni掺杂和炭负载对晶格氧O2-与吸附氧O-/O2-的含量均有一定影响。这可能因为Ni含量的增加和炭材料负载都增大了材料比表面积,暴露更多的吸附位点,促使表面氧含量增加,在一定程度上促进催化剂催化性能的提升。表2 LaNixMn1-xO3及钙钛矿复合材料的O1s元素氧含量百分比Table 2 Oxygen content percentage of O1s element in LaNixMn1-xO3 and perovskite composite materials /% Sample O2- O-/O2- OH-/CO 3 2- Adsorbed water LaNi0.1Mn0.9O3 50.99 23.73 20.99 4.29 LaNi0.3Mn0.7O3 42.14 24.55 22.48 10.83 LaNi0.5Mn0.5O3 33.67 33.23 22.94 10.16 LaNi0.7Mn0.3O3 31.59 35.69 21.84 10.88 LaNi0.9Mn0.1O3 24.34 37.50 31.74 6.42 LaNi0.9Mn0.1O3/rGO 14.37 41.81 29.56 14.26 LaNi0.9Mn0.1O3/AC 17.08 39.66 29.99 13.27 LaNi0.9Mn0.1O3/HAC 19.49 47.77 24.69 8.05
2.5.1 不同材料对中性红的光催化影响不同催化剂在氙灯下对中性红溶液的降解率随时间的变化曲线如图4所示。由图可知,改良后的催化剂在相同条件下催化活性明显高于改良前的LaMnO3。在相同条件下催化剂对中性红的降解率随着时间的延长而升高,120 min时各催化剂光催化活性顺序为LaNi0.9Mn0.1O3/HAC>LaNi0.9Mn0.1O3/rGO>LaNi0.9Mn0.1O3/AC>LaNi0.9Mn0.1O3>LaMnO3。由此可以看出Ni元素的添加和炭材料的负载都有利于催化活性的提高。结合表征结果推测,催化剂的活性可能和催化剂表面吸附氧含量以及材料的比表面积有关。这是由于材料表面含有丰富吸附氧O-/O2-导致材料的负电荷含量增加,大量的负电荷进攻有机染料中高电子密度的部分,促进了有机染料的降解。同时较大的比表面积能使材料暴露更多的活性位点,从而提高材料的催化活性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属卤化物钙钛矿光催化的研究进展[J]. 李鑫,张太阳,王甜,赵一新. 化学学报. 2019(11)
[2]LaNixFe1-xO3钙钛矿光催化降解碱性品红[J]. 吴丹,詹海鹃,刘宇凤,吴之强,刘万毅. 硅酸盐通报. 2019(06)
[3]铁酸镧的合成及应用研究进展[J]. 陈平,王瑶,王晨. 硅酸盐通报. 2019(03)
[4]印染废水处理工艺设计研究[J]. 陈巍威,耿啸天. 中国资源综合利用. 2018(05)
[5]光催化处理挥发性有机物研究进展[J]. 张轩,郭斌,孙嘉祺,解启航. 现代化工. 2018(05)
[6]钙钛矿材料的结构、性能及催化研究进展[J]. 詹海鹃,刘万毅. 硅酸盐通报. 2017(04)
[7]钙钛矿氧化物的制备及其在环境保护中的应用[J]. 陈彦广,闫伟宁,韩洪晶,张雷,安宏宇,王海英. 硅酸盐通报. 2016(07)
硕士论文
[1]改性LaFeO3的制备及催化降解印染废水研究[D]. 王瑶.东北石油大学 2019
[2]LaNixB1-xO3（B=Fe,Mn）钙钛矿用于光催化反应性能研究[D]. 吴丹.宁夏大学 2019
[3]钙钛矿型氧电极催化剂LaMnO3的掺杂改性研究及应用[D]. 王兆栋.合肥工业大学 2016
本文编号：3463029
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