鈮酸鹽的軟化學合成及光催化性能研究.pdf

1、鈮酸鹽是典型的功能材料，由于其優(yōu)異的光催化、壓電、介電、鐵電、非線性光學、離子電導(dǎo)、熱電及光折變等性能而引起廣泛關(guān)注。此外，鈮酸鹽具有非常突出的光催化降解有機污染物，光催化分解水產(chǎn)氫、產(chǎn)氧性能。目前鈮酸鹽的合成方法主要為高溫固相法、熔鹽法等，這些方法難以實現(xiàn)對鈮酸鹽形貌、尺寸和化學組分的同時控制。
　　軟化學方法是通過化學反應(yīng)克服固相反應(yīng)過程中的反應(yīng)勢壘，在溫和的條件下和緩慢的反應(yīng)進程中，以可控制的步驟一步步地進行化學反應(yīng)，制備新

2、材料的方法。軟化學方法在可控合成功能材料領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用。因此，本論文以開放結(jié)構(gòu)鈮酸鉀為前驅(qū)體，通過軟化學方法制備了二維Ag2Nb4O11介晶、一維AgNbO3納米結(jié)構(gòu)、一維ZnNb2O6納米結(jié)構(gòu)，一維ZnNb2O6/KNbO3納米結(jié)構(gòu)。通過對中間產(chǎn)物組成和形貌演變的追蹤，揭示由前驅(qū)體到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變機理，并對其光催化性能進行探索。
　　(1)以層狀K4Nb6O17片狀粒子為前驅(qū)體，通過軟化學拓撲轉(zhuǎn)變反應(yīng)制備了二維Ag2Nb4O1

3、1介晶。通過對反應(yīng)過程中間產(chǎn)物形貌和結(jié)構(gòu)的表征，揭示了該轉(zhuǎn)變反應(yīng)的兩步反應(yīng)機理。第一步為離子交換反應(yīng)，即銀離子與層間離子的交換過程，第二步為原位拓撲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變反應(yīng)，即低溫熱處理過程中片狀A(yù)g3HNb6O17粒子向片狀A(yù)g2Nb4O11介晶的轉(zhuǎn)變反應(yīng)。軟化學方法所制備的Ag2Nb4O11介晶具有較高的光催化活性，光照20分鐘對羅丹明B的降解率為95.3％。相比于固相法制備的Ag2Nb4O11塊狀粒子，Ag2Nb4O11介晶性能較高的原因在于

4、其特殊的形貌和暴露晶面所導(dǎo)致的能帶結(jié)構(gòu)的變化和禁帶寬度的縮小。
　　(2)以隧道結(jié)構(gòu)K2Nb2O6絲狀粒子為前驅(qū)體，通過軟化學拓撲轉(zhuǎn)變反應(yīng)制備了一維AgNbO3納米結(jié)構(gòu)。首先，以隧道結(jié)構(gòu)K2Nb2O6絲狀粒子為前驅(qū)體，隧道中的鉀離子能夠被銀離子交換出來，得到銀離子交換的產(chǎn)物。然后，銀離子交換的產(chǎn)物在低溫熱處理的過程中發(fā)生原位拓撲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變反應(yīng)，得到鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的AgNbO3。該一維AgNbO3納米結(jié)構(gòu)是由沿[011]方向定向排列的納米

5、粒子組成，并且它們的主要暴露晶面為(100)晶面。一維AgNbO3納米結(jié)構(gòu)具有較高的光催化降解亞甲基藍和光催化分解水產(chǎn)氧性能。
　　(3)以隧道結(jié)構(gòu)K2Nb2O6絲狀粒子為前驅(qū)體，通過軟化學拓撲轉(zhuǎn)變反應(yīng)制備了一維ZnNb2O6納米結(jié)構(gòu)和一維ZnNb2O6/KNbO3異質(zhì)結(jié)納米結(jié)構(gòu)。首先，以隧道結(jié)構(gòu)K2Nb2O6絲狀粒子為前驅(qū)體，將前驅(qū)體分別在硝酸鋅和醋酸鋅溶液中處理以進行離子交換反應(yīng)，得到兩種不同的鋅離子交換后的樣品。然后，兩種鋅