氧化鉻柱層狀鈦鈮酸材料及硫化鎘與層狀鈦鈮酸復合材料的制備和光催化性能研究.pdf

1、氧化鉻柱層狀過渡金屬氧化物以及硫化鎘與層狀過渡金屬氧化物的復合材料因在光催化方面具有潛在的應用價值而受到人們的關注。在本研究工作中，應用逐步離子交換及剝離-重組方式制得多個系列的氧化鉻柱層狀鈦鈮酸樣品以及一個系列的硫化鎘與鈦鈮酸二元復合材料。應用粉末X射線衍射(XRD)、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)、漫反射紫外-可見光譜(DR-UV-Vis)等技術(shù)手段對所得產(chǎn)品及其前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)以及產(chǎn)品的光吸收性質(zhì)進行了研究，并考察了所得材料在羅丹明

2、B光降解反應中的催化性能。本工作的主要研究內(nèi)容和研究結(jié)果如下。
　　(1)逐步離子交換法制備氧化鉻柱層狀鈦鈮酸及層柱材料在羅丹明B光降解反應中的催化性能。
　　采用逐步離子交換法，以鈦鈮酸鉀(KTiNbO5)為起始層狀材料，醋酸鉻為鉻源，中間分別經(jīng)一步(以正己胺為預支撐劑)和兩步(先后以正丙胺和四甲基氯化銨為預支撐劑)預支撐，制得Cr(Ⅲ)多聚體離子插層的層狀鈦鈮酸，經(jīng)高溫焙燒，得到氧化鉻柱層狀鈦鈮酸(分別記為CrOx-C6

3、-HTiNbO5和CrOx-C3-HTiNbO5)。通過改變柱撐時鉻柱化液(即醋酸鉻溶液)的濃度，得到具有不同鉻含量的氧化鉻柱層狀鈦鈮酸系列樣品。研究表明，以正丙胺和四甲基氯化銨作為預支撐劑時，鉻柱化液濃度對層柱產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)影響顯著，濃度較高時，有利于形成層間距較大、熱穩(wěn)定性較好的層柱產(chǎn)品。以正己胺作為預支撐劑時，鉻柱化液濃度對層柱產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)影響不大。兩個系列的層柱產(chǎn)品在紫外與可見光下均表現(xiàn)出一定的催化活性，在相同條件下， CrOx-C3

4、-HTiNbO5的光催化活性明顯優(yōu)于CrOx-C6-HTiNbO5，使用濃度為0.2 mol/L的鉻柱化液制得的CrOx-C3-HTiNbO5作為催化劑時，在紫外光和可見光下分別照射2 h，羅丹明B降解率分別達到45％和48%，為系列樣品中最優(yōu)結(jié)果。
　　(2)剝離重組法制備氧化鉻柱層狀鈦鈮酸及層柱材料在羅丹明B光降解反應中的催化性能。
　　以鈦鈮酸(HTiNbO5)為起始層狀材料，四丁基氫氧化銨為剝離劑，醋酸鉻溶液為柱化液

5、，通過剝離-重組方式，制得Cr(Ⅲ)多聚體離子插層的層狀鈦鈮酸，經(jīng)高溫焙燒，得到氧化鉻柱層狀鈦鈮酸(CrOx-eHTiNbO5)。研究表明，鉻柱化液濃度對層柱產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)有較大影響，濃度過高或者過低均不利于形成層間距較大、熱穩(wěn)定性較好的層柱材料。當柱化液濃度為0.06 mol/L時，可以得到較為理想的插層產(chǎn)物,所得Cr(Ⅲ)多聚體離子插層中間體的層間距d(002)為2.21 nm,經(jīng)高溫(573 K)焙燒后，其層狀結(jié)構(gòu)依然保持，層間距d(

6、002)為1.40 nm。由剝離-重組法制得的氧化鉻柱層狀鈦鈮酸(CrOx-eHTiNbO5)在紫外光下的光催化活性明顯高于在可見光下的活性。在紫外光條件下， Cr含量為4.39%的CrOx-eHTiNbO5樣品，催化性能最好，光照2 h后，羅丹明B的降解率為34%。對于鉻含量較高的層柱產(chǎn)品，經(jīng)氮摻雜后，其在可見光下的光催化性能有較大改善，光照2 h后，羅丹明B降解率最高可達52%。
　　(3)硫化鎘與鈦鈮酸納米層片的復合及復合材

7、料的在可見光下的催化性能
　　以層狀鈦鈮酸(HTiNbO5)為主體，硫化鎘(CdS)為客體，以四丁基氫氧化銨(TBAOH)為剝離劑，先將HTiNbO5剝離成納米層片，然后與在系統(tǒng)中原位形成的CdS復合，在TiNbO5-納米層片重堆積過程中，CdS負載到鈦鈮酸表面或嵌入到鈦鈮酸層間，形成二元復合材料CdS-eHTiNbO5。與單一的HTiNbO5及單一的CdS相比較，CdS-eHTiNbO5在可見光下羅丹明B降解反應中的催化活性有顯