钙钛矿型钽（铌）酸盐纳米光催化剂的制备及性能研究

发布时间：2017-05-25 23:05

  本文关键词：钙钛矿型钽（铌）酸盐纳米光催化剂的制备及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在能源危机和环境污染问题的双重压力下,利用半导体光催化技术进行光解水制氢及光降解有机污染物方面的研究日益受到人们的重视。人们不断探索寻找合成方法简单,光响应范围宽,能够充分吸收利用太阳光且光催化效率高的光催化剂。钽(铌)酸盐光催化剂因具有独特的电子结构和能带结构,在光解水及光降解方面表现出了优异的性能,逐渐成为研究的热点。但是,目前这类光催化剂的合成方法大都存在合成方法繁琐、反应温度高、时间长等缺点。另外,由于纯相的钽(铌)酸盐光催化剂的禁带宽度都很宽,无法吸收可见光,目前大部分的研究工作采用掺杂外部元素的方法来实现可见光响应,而近些年出现的更为简单的自掺杂方法,在钽(铌)酸盐光催化剂的研究中尚未见报道。针对以上问题,本论文探索了新颖的合成自掺杂钽(铌)酸盐光催化剂的方法。由于我们的合成方法具有碱度小、温度低、反应时间短等优点,合成产物表现出了优异的光解水及光降解性能。本论文的工作主要分为以下几个方面:1、使用一步法合成了Ta4+自掺杂的具有可见光催化活性的NaTaO3纳米粒子。由于Ta4+的自掺杂,NaTaO3纳米粒子的禁带宽度显著减小至1.70 eV。低的禁带宽度使NaTaO3纳米粒子的光响应由紫外光区红移到了可见光区。由于在很低的温度下合成(110℃),自掺杂NaTaO3具有均匀且细小的晶粒尺寸(50 nm)。光催化性能测试表明:即使在没有负载任何助催化剂的情况下,自掺杂NaTaO3仍然表现出优异的可见光催化光解水(产氢速率达到了61μmol/h/g)及光降解有机污染物的性能。2、使用一步法合成了具有可见光催化活性的Nb4+自掺杂的KNbO3纳米棒。与常规方法合成的KNb O3相比,Nb4+自掺杂KNbO3纳米棒具有更低的禁带宽度,光吸收阀值发生了明显红移,并表现出了可见光催化光解水性能。通过进一步氮化处理,在自掺杂KNbO3纳米棒的表面形成了Nb4N5纳米颗粒。由于Nb4N5与KNbO3之间形成的异质结结构,显著提高了KNbO3纳米棒的可见光催化分解水产氢性能。3、使用溶剂热配合氮化的方法合成了细小(50 nm)、均匀的钙钛矿型SrNbO2N纳米粒子。由于合成的SrNbO2N纳米粒子的禁带宽度只有1.94 eV,在可见光照射下表现出了优异的光解水性能(产氢速率达到了148.3μmol h-1g-1,使用Pt作助催化剂)及良好的光降解有机污染物的能力。SrNbO2N纳米粒子在光解水过程中也具有很高的稳定性。4、使用一步法合成了Nb4+自掺杂的具有可见光催化活性的NaNbO3微米块。与常规方法合成的NaNbO3相比,Nb4+自掺杂NaNbO3具有更低的禁带宽度,光吸收阀值发生了明显红移,并表现出了可见光催化光解水及光降解性能。通过进一步氮化处理,在自掺杂NaNbO3微米块的表面形成了Nb4N5纳米颗粒,二者之间同样形成了异质结结构,从而显著提高了NaNbO3的可见光催化性能。5、使用水热配合煅烧的方法,在较低的煅烧温度下(500℃),合成了花生状的LiTaO3纳米颗粒。本论文合成的LiTaO3纳米颗粒具有均匀且细小的(100nm)微观形貌,具有良好的紫外光吸收能力。对比不同煅烧温度对LiTa O3性能的影响后发现,550℃煅烧合成的LiTa O3具有最高的光解水性能,其光解水速率达到153.5μmol h-1 g-1,大约是其他文献报道的产氢速率的25倍。另外,我们合成的LiTaO3具有优异的光催化稳定性。
【关键词】：光解水 自掺杂 光催化 钽酸盐 铌酸盐
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-55
• 1.1 引言12-14
• 1.1.1 利用太阳能光解水制氢12-13
• 1.1.2 利用太阳能降解有机污染物13-14
• 1.2 半导体光催化剂的催化机理14-17
• 1.2.1 半导体材料光催化原理14-15
• 1.2.2 半导体材料光催化制氢原理15-16
• 1.2.3 半导体材料光催化降解有机污染物原理16-17
• 1.3 影响半导体光催化剂性能的因素17-18
• 1.4 提高半导体光催化剂催化活性的可行途径18-25
• 1.4.1 半导体光催化剂存在的问题18-19
• 1.4.2 提高半导体光催化剂催化活性的途径19-25
• 1.5 钙钛矿型半导体光催化剂的研究现状25-41
• 1.5.1 钙钛矿型复合氧化物简介25-26
• 1.5.2 钙钛矿型半导体光催化剂的研究现状26-41
• 1.5.3 目前钙钛矿型光催化剂研究中存在的问题41
• 1.6 本文的选题意义及研究内容41-43
• 1.6.1 本文的选题意义41-42
• 1.6.2 本文的研究内容42-43
• 参考文献43-55
• 第2章 自掺杂NaTaO_3纳米粒子的制备及性能研究55-78
• 2.1 引言55-56
• 2.2 自掺杂NaTaO_3纳米粒子的制备56-57
• 2.2.1 自掺杂NaTaO_3纳米粒子的合成方法56
• 2.2.2 产物表征方法56
• 2.2.3 性能测试方法56-57
• 2.3 自掺杂NaTaO_3纳米粒子的结构表征57-66
• 2.4 自掺杂NaTaO_3纳米粒子的性能测试66-72
• 2.5 本章小结72-73
• 参考文献73-78
• 第3章 自掺杂KNbO_3纳米棒的制备及性能研究78-105
• 3.1 引言78-79
• 3.2 自掺杂KNbO_3纳米棒的制备79-81
• 3.2.1 自掺杂KNbO_3纳米棒的合成方法79
• 3.2.2 氮化的自掺杂KNbO_3的制备79
• 3.2.3 产物表征方法79-80
• 3.2.4 性能测试方法80-81
• 3.3 自掺杂KNbO_3纳米棒的结构表征81-93
• 3.4 自掺杂KNbO_3纳米棒的性能测试93-99
• 3.5 本章小结99-100
• 参考文献100-105
• 第4章 钙钛矿型SrNbO_2N纳米粒子的制备及性能研究105-127
• 4.1 引言105-106
• 4.2 钙钛矿型SrNbO_2N纳米粒子的制备106-107
• 4.2.1 SrNbO_2N的合成方法106
• 4.2.2 产物表征方法106
• 4.2.3 性能测试方法106-107
• 4.3 钙钛矿型SrNbO_2N纳米粒子的结构表征107-115
• 4.4 钙钛矿型SrNbO_2N纳米粒子的性能测试115-121
• 4.5 本章小结121-122
• 参考文献122-127
• 第5章 自掺杂NaNbO_3微米块的制备及性能研究127-147
• 5.1 引言127-128
• 5.2 自掺杂NaNbO_3微米块的制备128-130
• 5.2.1 自掺杂NaNbO_3微米块的合成方法128
• 5.2.2 氮化的自掺杂NaNbO_3的制备128
• 5.2.3 产物表征方法128-129
• 5.2.4 性能测试方法129-130
• 5.3 自掺杂NaNbO_3微米块的结构表征130-138
• 5.4 自掺杂NaNbO_3微米块的性能测试138-142
• 5.5 本章小结142
• 参考文献142-147
• 第6章 钙钛矿型LiTaO_3纳米粒子的制备及性能研究147-162
• 6.1 引言147-148
• 6.2 LiTaO_3纳米粒子的制备148-149
• 6.2.1 LiTaO_3纳米粒子的合成方法148
• 6.2.2 产物表征方法148
• 6.2.3 性能测试方法148-149
• 6.3 LiTaO_3纳米粒子的结构表征149-153
• 6.4 LiTaO_3纳米粒子的性能测试153-158
• 6.5 本章小结158-159
• 参考文献159-162
• 第7章 结论与展望162-165
• 7.1 结论162-163
• 7.2 展望163-165
• 致谢165-166
• 攻读博士期间发表论文166

  本文关键词：钙钛矿型钽（铌）酸盐纳米光催化剂的制备及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：395228