可見光響應的光催化K-,2-La-,2-Ti-,3-O-,10-納米復合材料研究.pdf

1、本文主要研究了超細層狀K2La2Ti3O10光催化劑的制備，并通過金屬離子和非金屬離子的摻雜、柱撐、氧化物插層等方式對其進行改性，提高其光催化性能。通過理論計算，X射線衍射光譜、熱譜、掃描電子顯微鏡、紫外－可見－紅外光譜和熒光光譜表征，研究K2La2Ti3O10光催化劑的組成—結構—合成—性質之間的關系，探討其反應機理和光催化活性。主要內容如下： 1.結合能帶計算方法，如贗勢法的第一原理計算方法，計算了K2La2Ti3O10的電

2、子密度分布和能帶結構等基態(tài)物理性質，其價帶主要由O的2p軌道構成，導帶主要由Ti的3d軌道構成，理論帶隙ΔE≥3.2eV。 2.在溫和的水熱條件下，通過控制反應摩爾比、晶化溫度和時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，其生長機理為基元

3、模型。 3.采用硬脂酸法在1000 ℃下燒結2小時可生成純的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，通過表征，初步提出了反應歷程。 4.將適量的過渡金屬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。當摻雜濃度增加至一定值時，K2-xLa2

4、Ti3-xMxO10(M=V，Ta；x=0.8～1.0)體系由Ruddlesden-Popper(RP)相轉變?yōu)镈ion-Jacobson(DJ)，而K2-xLa2Ti3-xNbxO10體系由于Nb5+的半徑與Ti4+相近，沒有發(fā)生相轉變。 5.研究了過渡金屬M5+濃度對K2-xLa2Ti3-xMxO10能隙和催化活性的影響，當摻雜量為x=0.1時獲得最佳光催化效果。 6.通過濕化學法有效的N將摻雜到K2La2Ti3O1

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

6、有機胺柱撐對增大H2La2Ti3O10層間距和半導體的插入更有利。N-C3H7NH2、n-C4H9NH2、n-C6H13NH2和n-C9H19NH2柱撐后的H2La2Ti3O10，其層間距分別可達到2.15納米、2.53納米、2.68納米和3.15納米。 8.通過酸交換和預柱撐的方法，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、，構建光催化納米插層材料，光催化性能得到進一步提高。實驗結果表明，以CH3OH作為空穴清除劑，每克H2La2Ti3O10/(Pt，TiO2)在紫外光輻照下5小時光解水產H2達404微摩爾；Fe2O3和CdS插入到H2La2Ti3O10層間后所形成的層狀納米復合材料不僅在紫外光輻照下有較強的光催化活性，并且在可見光輻照下也有一定的光催化水活性，每克H2La2Ti3O10/(Pt，Fe2O3)在可見光照射下5小時光解水產H2達12微摩爾；C