hlanb2o7／（pt，tio2）的制備和光催化性能研究

1、· 1 0·程應(yīng)漢等 H L a N b z O ， ／ ( P t ， T i O z ) 的制備和光催化性能研究 試驗與開發(fā) I ，一 一 一 ～ 一 、I{試驗 與開 發(fā) {‘‘一 一 一 一 ? ／H L a N b 2 0 7 ／ ( P t ， T i O 2 ) 的制備和光催化性能研究 程應(yīng) 漢 吳季懷 徐 純芳 李濤海 ( 華僑 大學(xué)材料科 學(xué)與工程學(xué)院， 福建泉州 3 6 2 0 11 )摘要 用

2、 固相合 成法合 成 出 K L a N bO， 酸化得到 H L a N hO； 通過正 己胺層 間膨脹 ． 氯鉑 酸 銨 、T i 0 2 層 間 插入 和 紫外光 分 解等 反應(yīng) ，合 成 出一種 新 的層狀 光催 化 納米 復(fù)合 材料 H L a N b 2 0／ ( P t ， T i O 2 ) ：采用 X R D、 D R S對所制備的材料進行 了表征。以甲基橙 為 目標 降解 物 ， 考察 了所制備的材料的光催化性能，

3、結(jié)果表 明所制備的 H L a N bO／( P t， T i O) 納米 復(fù) 合材料 對甲基橙 具有較 高的光降解效率并且其光催化 活性穩(wěn)定 、 持 久關(guān)鍵 詞 層 狀 納 米復(fù) 合 物 插 入 反 應(yīng) 光催 化 廢水 、廢氣對環(huán)境的污染 已經(jīng)成為一個全球性 的問題 ， 多年來科技工作者從物理和化學(xué)兩方面人 手 ， 發(fā)展了多種治污方法。半導(dǎo)體光催化是近年來 國內(nèi)外在此方面最活躍的研究領(lǐng)域之一 ， 用光催化 氧化技術(shù)解決 日益嚴重的水

4、、 空氣和土壤等環(huán)境污 染 問題 的基 礎(chǔ)與 應(yīng)用研 究 目前 發(fā)展 得非 常迅 速 。這 種 新技 術(shù)具 有 以下一些 有 吸引 力的 特點 ?： ( 1 ) 光 催 化氧 化 過 程 是 從 化 學(xué) 結(jié) 構(gòu) 上 徹 底 分 解 污 染 物 而 不 是僅從 改變 污染物 的形 態(tài)上 ( 例如 ，從液態(tài)一 固 態(tài) ) ；( 2 ) 在 光催 化過 程 中 ， 很 多有 機污染 物 在室溫 下就可完全氧化成 C O ： 和 H ： O ；

5、 ( 3 ) 用太陽能就可以用來激發(fā)光催化氧化反應(yīng) ； ( 4 ) 安全無毒 。該技術(shù)在 有機物合成 、 貴金屬回收 、 廢水處理 、 C O ： 的還原、 空 氣凈化 、 殺菌 、 除臭等方面都有廣泛的應(yīng)用前景。納米半導(dǎo) 體氧化物粉體在光催化方面雖然有 很 多優(yōu)點 ，但 由于其應(yīng)用形式主要是納米粉體狀 態(tài)，將其應(yīng)用于工程實踐中，不僅存在 回收難的問 題 ， 且耗資巨大。為了解決這個 問題 ， 很多科學(xué)家把 T i O ： 等半導(dǎo)體氧化

6、物負載在其他載體上 ， 如活性碳 纖維 、 二氧化硅 、 沸石等 。本文以一種新的方法 即利用 層狀 金屬 氧化 物來 擔(dān) 載納米 半 導(dǎo)體 制得 H L a N b ： O／ ( P t ， T i O ： ) 納米復(fù)合材料 ， 并對該材料的結(jié)構(gòu)和光催化性能進行了表征和測試。結(jié)果表明該 材料 具有 較高 的光催 化 活性 且光催 化性 能穩(wěn) 定 、持 久 。1試驗部分 國家 自然科學(xué)基金資助項 目( N O5 0 0 8 2 0 0

7、 3 ， N O5 0 3 7 2 0 2 2 )福建省 國際合作項 目( N O2 0 0 1 1 0 0 6 )收稿 日 期 ： 2 0 0 3 —1 1 — 0 71 ． 1實驗 原料 K 2 C O 3 ， A R， 西隴化 工廠 ； L a 2 O， N b0 5 ． 均 為 A R，中國醫(yī)藥 ( 集團) 上?；瘜W(xué)試劑公司 ： 氯鉑酸銨 ． 光譜 純 ，中國 醫(yī)藥 ( 集 團 ) 上 海 化學(xué) 試 劑 公 司 ；正 己胺 ，9

8、 9 ％ ，A C R O SO R G A N I C S ；異 丙 氧 醇 鈦 ， >9 8 ％ ．A C R O SO R G A N I C S ； 無水 乙醇 ， A R． 西 隴化 工廠 1 ． 2HL a N b 2 O／ ( p t 。 T i o2 ) 的 制備 將 K 2 C O 3 ， L a 2 0 3 ， N b 2 0 5 按 摩 爾 比為 1 ： 1 ： 2 ． 5 ( 其 中 K z C O ， 過

9、 量 1 0 ％ ) 在 瑪 瑙 研 缽 充 分 研 磨 后 于 l l 5 0 c I = 下 固相 反應(yīng) 2 4h得 到 K L a N bO ， ，再 用 2t oo l／ d m的 H C 1 交 換 K L a N b z O， 產(chǎn) 物 經(jīng) 充 分 水 洗 至 P H= 7 ， 并 將 其 置 于 l l 0 c I =下 烘 干 即 得 到 H L a N b 2 O 7 。 所得 到 的 K L a N b 2 O 7 和

10、 HL a N b 2 O 。 的 X RD圖譜 與文獻 ·所報 導(dǎo) 的結(jié)果 相 一致 取 1 0gH L a N b 2 O加入 到 1 0 0mL 2 0 ％ ( v ／ 、 ～正 己胺乙醇溶液中， 7 0 ％下回流 3d ， 經(jīng)乙醇洗滌后于室 溫 下 風(fēng) 干 ， 得 到 正 己 胺 柱 撐 的 層 狀 鑭 鈮 酸 鹽 HL a N b 2 O／ n—C 6 H3 N H2 。 T i O 2 溶 膠通 過按 T i O

11、： ／ H C 1摩 爾 比為 1 ： 4的 比例將 異丙 氧醇 鈦逐 滴滴 加 到 1M的 H C 1 溶 液 中 ， 室 溫攪 拌 3h后 ， 取 3gH L a N bO／n—CH， N H ： 按 其 與 T i O ： 的摩 爾 比為 1 ： 2 0的 比例 加入到所制得 的 T i O ： 酸性溶膠 中繼續(xù)攪拌 8h ．然 后抽 濾水洗 ，并將 水洗后的樣品分散在水中 ，于 6 0 c I = 下用 3 0 0W 的高壓汞燈

12、輻照 1 2h ， 將 H L a N bO層 間 的 正 己胺 徹 底 分 解 。 產(chǎn) 物 經(jīng) 水 洗 過 濾 唇 經(jīng) l J 0 c I 二 烘 干得 到 HL a N b 2 O／ T i O 2 ：將 4gH L a N b ： O加入 到 0 ． 6mM 的氯鉑 酸銨 溶 維普資訊 http://www.cqvip.com ． 1 2．程應(yīng)漢等 H L a N b ： O ， ／ ( P t ， T i O ： ) 的制備和光

13、催化性能研究 試驗與開發(fā) 使其對 甲基橙具有一定 的光降解作用 。H L a N b ： O ， ／T i O ： 較 H L a N b 2 O ， 對 甲基橙具有更 強的光降解 率 ，這可能與納米 T i O ： 的表面效應(yīng)有關(guān)。 由于 P t 的插入 而使得 甲基橙 的光降解率 由 3 5 ． 5 ％增加到 8 6 ． 1 ％可能是由于在 H L a N b ： O和 P t 之間形成了 肖特基勢 壘 ，正因為 肖特基勢壘成為俘

14、獲激發(fā)電子的有效 勢阱 ， 光生載流子能被有效分離 ， 從而抑制了電子 一空 穴 對 的 復(fù) 合 [ 9 1 ，導(dǎo) 致 光 催 化 性 能 的 加 強 。 而 HL a N b 2 0 ， ／ ( P t ， T i O ： ) 較 其他 樣 品 的光催 化性 能更佳 可能要歸因于納米 T i O的表面效應(yīng)和 肖特基勢 壘 協(xié)同作用 的結(jié)果。 此外 ， 從圖 2C 和 d 中出現(xiàn)的能隙 為 2 ． 2 5e V 的 拐 點 中 可 以

15、說 明 HL a N b ： O ， ／ P t 和 H L a N b ： O ， ／( P t ， T i O ： )的吸收 邊帶紅 移 ， 這 種紅移 造 成光生電子 一 空穴對濃度的增加也可能是使得它們 對甲基橙的光降解效率提高的一個原因。2 04 06 08 01 o 01 2 0時 間 ／ m i n圖 3H L a N I ~ 0 7 ／ ( P t 。 T i O ： ) 對 甲基 橙 的脫 色 率 與 光 照 時 間的

16、 關(guān) 系 一 _一 I n e l一·一 降解 率 霜 嘲 ＼ 圖 3 為 H L a N b ： O ， ／ ( P t ， T i O) 對甲基橙 的脫色率 與光照時 間的對應(yīng)關(guān) 系 。隨著 光照時 間的增 長 ，H L a N b ： O ， ／ ( P t ，T i O ： ) 對 甲基橙 的脫色率也 隨之 升 高 。并 且 l n e 。 一t 之 間 具有 較 好 的線 性 關(guān) 系 ，可 見 H L a N b

17、 ： O ， ／ ( P t ， T i O ： ) 對 甲基橙的光降解反應(yīng)為一級 反應(yīng) ，從 圖 中可計算 出其 反應(yīng) 速率 常數(shù) 約為 4 0m i n ～ 。J ． B a n d a r a等人在降解曙紅 一 Y ( E o s i nY ) 的實驗 中也得到類似的關(guān)系¨ 。 。 。表 2l 玎 L a № 2 ‘ ) 7 ／ ( P t 。 T i o ： ) 對甲基橙 的多次光 降解效果 表 2 考察 了 H L

18、a N b ： O ， ／ ( P t ， T i O ： ) 經(jīng)多次反復(fù)光 照后對 甲基橙的光解脫色率的影響。從表中可以看 出 ，同一樣品雖經(jīng)歷多次光照仍能保持對甲基橙具 有較 高的降解率 ，可 見所 制備 的 H L a N b ： O ， ／ ( P t ，T i O ： ) 納米復(fù)合光催化劑具有較強 的光穩(wěn)定性。3結(jié)論 ( 1 ) T i O ： 能 有 效 地 插 入 到 用 正 己 胺 柱 撐 過 的 H L a N b ：

19、 O ， 層間 ，而插 入層 間的粒子其粒徑不大于 0 ． 6n m。( 2 ) P t 的插 入 使 得 H L a N b0 ， 的 吸 收 邊 帶 紅 移 。( 3 ) P t 或 T i O ： 的插 入 都 能 提 高 H L a N b ： O 。 對 甲 基橙 的光降解效率 ， 而 2 者的共同插入對 H L a N b ： O的光催化性能的提高更為顯著。( 4 ) H L a N b ： O ， ／ ( P t ， T

20、i O ： ) 納米復(fù)合光催化劑的光催化性能具有較高的穩(wěn)定性和持久性。參考文獻 1PVK a ma t ． DM e i s e 1 ． S e mi c o n d u c t o rNa n o c l u s t e r s—P h y s i c a l ，C h e m i c M ，a n dCa t a l y t i cA s p e c t s ． A ms t e r d a m ， t h eNe t h e r

21、l a n d s ： El s e v i e rS c i e n c eB ． V．2CHAo ， SCL e e ． En h a n c e me n te f f e c to fT i 0 ：i mmo b i l i z e do na c t i v a t e dc a r b o nf i l t e rf o rt h ep h o t o d e g r a d a t i o no fp o l l u t

22、a n t sa tt y p i c a li n d o o ra i rl e v e 1 ． Ap p l i e dCa t a ly． s i sB：En v i r o n me n t a l ， 2 0 0 3， 4 4 ： 1 9 1～ 2 0 53M u h a m ma dS h a r i qVo h r a ， K e i i c h iT a n a k a ． P h o t o c a t a l y

23、t i cd e g r a d a t i o no fa q u e o u sp o l l u t a n t su s i n gs i l i c a— mo d i f i e dT i 02 ． W a t e rRe s e a r c h， 2 0 0 3， 3 7 ： 3 9 9 2 ～ 3 9 9 64Yi mi n gX u，C o o p e rH． L a n g f o r d ． E n h a n c

24、 e dP h o t o a c t i v i t v． o faT i t a n i u m ( I V )O x i d eS u p p or t e do nZ S M5a n dZ e o l i t eAa tL o wC o v e r a g e ．J o u r n a l o fP h y s i c a lCh e mi s t r y． 1 9 9 5 ， 9 9 ：l 1 5 0 1～ l 1 5 0

25、75Do me nK， Yo s h i mu r aJ ， s e k i n eT， e ta l ^ n o v e ls e r i e so fp h o t o c a t a l y s t sw i t ha ni o n — e x c h a n g e a b l el a，v e r e ds t r u c t u r e ．C a t a lL e t t ， 1 9 9 0 ( 4 ) ： 3 3 9～3

26、4 36G o p a l a k r i s h a nJ ， Bh a tV， Ra v e a uB ． Al I ) L a Nb 2 0 ： ： an e wo fn i o b a t es e r i e so fl a y e r e dp e r o v s k i t e se x h i b i t i n gi o n—e x c h a n g ea n di n t e r c a la t i o nb e

27、 h a v i o rMa tRe sB u l l ，1 9 8 7 ， 2 2： 4 2 37I z a w aH ， K i k k a waS， K o i z u miM ． F o r m a t i o na n dp r o p e r t i e so fn —a l k y l a mmo n i u m c o mp l e x e sw i t hl a y e r e dt r i — t i t a n

28、a t e sa n dt e t r a—t i t a n a t e s ． P o l y h e d r o n ． 1 9 8 3 ( 2} ： 7 41～7 4 48果玉忱編 ．半導(dǎo)體物理學(xué) ． 北 京： 國防工業(yè)出 } } 反 社 ．1 9 8 8 ． 1 99AmyL． L i n s e b i g l e r ．Gu a n g q u a nL u．a(chǎn) n dJ o h nT ． 、 a t e s ．P h o

29、 t o c a t a l y s i so nT i 02S u r f a c e s ： P r i n c i p l e s ， Me c h a n i s ms ，a n dS e l e c t e dRe s u l t s ． C h e m i c a lR e v i e ws ． 19 9 5． 9 5 ： 7 3 5 ～7 5 81 0JB a n d a ra ． KT e n n a k o n e，

30、PPBJ a y a t i l a k a ．C o mp o s i t eT i na n dZ i n co x i d en a n o c r ys t a l l i n ep a r t i c l e sf o re n h a n c e dc h a rg es e p a r a t i o ni ns e n s i t i z e dd e g r a d a t i o no fe s ． Ch e mo