Mo摻雜Ca2NiWO6鈣鈦礦的制備、結(jié)構(gòu)及光催化活性機(jī)制研究.pdf

1、由于面臨嚴(yán)重環(huán)境污染和能源危機(jī)問題，開發(fā)清潔能源的需求持續(xù)上升。利用半導(dǎo)體的光催化作用將水分解為氫和氧，將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，受到各國科學(xué)家的高度關(guān)注。如果能夠提高太陽光分解水產(chǎn)氫產(chǎn)氧的效率，不僅可減少化石燃料的消耗，而且降低了對環(huán)境的污染。由于光解水是一個多步而又復(fù)雜的反應(yīng)，只有少部分的光催化劑可實(shí)現(xiàn)可見光下同時產(chǎn)氫產(chǎn)氧，所以很多研究者嘗試提高其半反應(yīng)效率。雙層鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的Ca2NiWO6是一類新型光催化材料，具有較好的可見光光活性，

2、近年來已發(fā)展成為光催化領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)。本論文采用傳統(tǒng)固相合成法制備了一系列不同濃度Mo6+摻雜的Ca2NiW1-xMoxO6催化劑，通過實(shí)驗(yàn)和理論計算結(jié)果的結(jié)合分析，詳細(xì)探究了Mo6+摻雜對Ca2NiWO6光催化劑反應(yīng)活性的影響機(jī)制，本論文的主要研究工作和結(jié)論如下:
　　(1)利用固相合成法合成Ca2NiW1-xMoxO6(x=0，0.01，0.02，0.03，0.04，0.05)系列摻雜樣品。采用XRD、XAFS、SEM、X

3、PS、UV-vis DRS等技術(shù)研究了Mo6+離子對Ca2NiWO6的物理光學(xué)性能的影響。表征結(jié)果顯示，Mo6+離子取代了晶格中W6+離子的位置，增強(qiáng)了對可見光的吸收，同時形成了一定的氧空位，但對粒子晶體結(jié)構(gòu)和形貌沒有明顯的影響。
　　(2)通過可見光下的光解水產(chǎn)氧活性測試，對摻雜樣品的活性進(jìn)行表征。測試結(jié)果表明，摻雜的樣品比未摻雜樣品活性高，其中Ca2NiW0.97Mo0.03O6樣品的產(chǎn)氧速率最高，是未摻雜Ca2NiWO6樣品

4、的2倍左右。結(jié)合態(tài)密度泛函理論計算，探究了Mo6+離子對Ca2NiWO6電子結(jié)構(gòu)的影響。Mo6+摻雜導(dǎo)致了Ca2NiWO6能帶發(fā)生變化:帶隙變窄，導(dǎo)帶底更正，而價帶位置未變化。所以，Ca2NiW1-xMoxO6在可見光下的光催化產(chǎn)氧活性明顯提高。但當(dāng)Mo6+濃度過高時，Ca2NiW1-xMoxO6晶格畸變加劇，缺陷過多形成復(fù)合中心，導(dǎo)致載流子復(fù)合幾率增大，從而使得光催化產(chǎn)氧活性下降。通過這一工作，表明了摻雜是提高雙層鈣鈦礦結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體在可