可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化K-,2-La-,2-Ti-,3-O-,10-納米復(fù)合材料研究.pdf

1、本文主要研究了超細(xì)層狀K2La2Ti3O10光催化劑的制備，并通過(guò)金屬離子和非金屬離子的摻雜、柱撐、氧化物插層等方式對(duì)其進(jìn)行改性，提高其光催化性能。通過(guò)理論計(jì)算，X射線(xiàn)衍射光譜、熱譜、掃描電子顯微鏡、紫外－可見(jiàn)－紅外光譜和熒光光譜表征，研究K2La2Ti3O10光催化劑的組成—結(jié)構(gòu)—合成—性質(zhì)之間的關(guān)系，探討其反應(yīng)機(jī)理和光催化活性。主要內(nèi)容如下： 1.結(jié)合能帶計(jì)算方法，如贗勢(shì)法的第一原理計(jì)算方法，計(jì)算了K2La2Ti3O10的電

2、子密度分布和能帶結(jié)構(gòu)等基態(tài)物理性質(zhì)，其價(jià)帶主要由O的2p軌道構(gòu)成，導(dǎo)帶主要由Ti的3d軌道構(gòu)成，理論帶隙ΔE≥3.2eV。 2.在溫和的水熱條件下，通過(guò)控制反應(yīng)摩爾比、晶化溫度和時(shí)間以及體系礦化劑濃度等重要因素，以Ti(O-iPr)4、La2O3和KOH為原料合成了亞微米級(jí)的K2La2Ti3O10。水熱法合成的K2La2Ti3O10粒徑小、純度高、比表面積大、能隙為3.72 eV，光催化活性是固相合成法的2倍多，其生長(zhǎng)機(jī)理為基元

3、模型。 3.采用硬脂酸法在1000 ℃下燒結(jié)2小時(shí)可生成純的K2La2Ti3O10粒子，該法所制備的K2La2Ti3O10比表面積大，能隙為3.71 eV，其光催化活性接近固相合成法的3倍，通過(guò)表征，初步提出了反應(yīng)歷程。 4.將適量的過(guò)渡金屬V、Nb、Ta摻雜于K2La2Ti3O10中，獲得K2-xLa2Ti3-xMxO10(M=V，Nb，Ta；x=0.0～1.0)系列的光催化劑。當(dāng)摻雜濃度增加至一定值時(shí)，K2-xLa2

4、Ti3-xMxO10(M=V，Ta；x=0.8～1.0)體系由Ruddlesden-Popper(RP)相轉(zhuǎn)變?yōu)镈ion-Jacobson(DJ)，而K2-xLa2Ti3-xNbxO10體系由于Nb5+的半徑與Ti4+相近，沒(méi)有發(fā)生相轉(zhuǎn)變。 5.研究了過(guò)渡金屬M(fèi)5+濃度對(duì)K2-xLa2Ti3-xMxO10能隙和催化活性的影響，當(dāng)摻雜量為x=0.1時(shí)獲得最佳光催化效果。 6.通過(guò)濕化學(xué)法有效的N將摻雜到K2La2Ti3O1

5、0中，K2La2Ti3O10-xNx樣品的吸收邊向可見(jiàn)光方向發(fā)生紅移，能隙降至3.44 eV，并對(duì)其形成機(jī)理做了初步的探討。在紫外光輻照下K2La2Ti3O10-xNx的產(chǎn)H2活性大于K2La2Ti3O10和TiO2(P25)，可見(jiàn)光照射下K2La2Ti3O10-xNx的降解染料的催化活性要高于K2La2Ti3O10和TiO2(P25)。 7.不同有機(jī)胺的預(yù)柱撐對(duì)層狀H2La2Ti3O10的層間距有著較大的影響，采用分子鏈較長(zhǎng)的

6、有機(jī)胺柱撐對(duì)增大H2La2Ti3O10層間距和半導(dǎo)體的插入更有利。N-C3H7NH2、n-C4H9NH2、n-C6H13NH2和n-C9H19NH2柱撐后的H2La2Ti3O10，其層間距分別可達(dá)到2.15納米、2.53納米、2.68納米和3.15納米。 8.通過(guò)酸交換和預(yù)柱撐的方法，將Pt、TiO2、Fe2O3和CdS等客體有效地插入到H2La2Ti3O10的層間，且以粒徑小于1納米的狀態(tài)存在于H2La2Ti3O10的層狀空間

7、，構(gòu)建光催化納米插層材料，光催化性能得到進(jìn)一步提高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以CH3OH作為空穴清除劑，每克H2La2Ti3O10/(Pt，TiO2)在紫外光輻照下5小時(shí)光解水產(chǎn)H2達(dá)404微摩爾；Fe2O3和CdS插入到H2La2Ti3O10層間后所形成的層狀納米復(fù)合材料不僅在紫外光輻照下有較強(qiáng)的光催化活性，并且在可見(jiàn)光輻照下也有一定的光催化水活性，每克H2La2Ti3O10/(Pt，F(xiàn)e2O3)在可見(jiàn)光照射下5小時(shí)光解水產(chǎn)H2達(dá)12微摩爾；C