鈮氧化物半導體納米材料的制備及光催化性能研究.pdf

1、隨著環(huán)境污染和能源緊缺問題的日益加劇，人類社會的可持續(xù)發(fā)展備受關注。如何合理利用光催化技術(shù)無疑是解決這一問題的理想途徑之一。光催化因其低能耗、無二次污染、反應快等諸多優(yōu)點已在有機合成、降解有機污染物等能源及環(huán)境領域有著廣闊的應用前景。而光催化劑又是光催化技術(shù)能夠高效利用的最核心因素。在眾多光催化材料中，氧化鈮基化合物因其獨特的物理
　　化學性質(zhì)已引起了眾多研究者的關注。本論文針對氧化鈮光催化材料的研究進展，從相組成和晶體結(jié)構(gòu)入手，

2、采用水熱法合成了兩種不同組成的氧化鈮基半導體材料，并將其應用到了可見光降解染料廢水(RhB)和芳香醇的選擇性光催化氧化反應中，論文得到的主要研究結(jié)果如下:
　　(1)以可溶性鈮酸鉀為鈮源，一步水熱法制備出Nb2O5·nH2O/Nb2O5復合材料。研究了在冰醋酸體系下的不同水熱溫度對氧化鈮復合物的相組成、結(jié)構(gòu)及比表面積的影響。結(jié)果表明:冰醋酸用量并未明顯改變復合材料的組成，而水熱反應溫度則是有效調(diào)變Nb2O5·nH2O和Nb2O5在

3、復合材料中兩相組成的重要因素。與其它水熱溫度下制備的氧化鈮材料相比，在反應溫度為100℃時得到的Nb2O5/Nb2O5·nH2O，其比表面積為293 m2/g，粒徑大小在20-40 nm之間，同時在可見光下顯示出了最佳的RhB降解活性。進一步的實驗結(jié)果表明其可見光下降解RhB的反應可能是一個光敏化過程，·O2-是光敏化反應重要的氧化物質(zhì);同時研究了在可見光下光催化有氧氧化不同芳香醇的反應。結(jié)果表明，該催化劑對不同芳香醇選擇性氧化制芳香醛

4、反應表現(xiàn)出了較佳的光催化活性，同時具有幾乎100％的選擇性。
　　(2)以氫氧化鈮為鈮源，檸檬酸為螯合劑，一步水熱法制備了Nb2O5/Nb3O7(OH)復合材料，研究了不同反應溫度對復合材料的相組成、微結(jié)構(gòu)、比表面積的影響。結(jié)果表明:水熱反應溫度對Nb2O5與Nb3O7(OH)兩相的組成和結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生較大影響。其中水熱反應溫度為210℃時制備的Nb3O7(OH)/Nb2O5復合物的比表面積可達到241 m2/g，粒徑大小在20-1

5、50 nm之間，并表現(xiàn)出了最佳的可見光降解RhB性能。實驗研究結(jié)果也同樣表明:該催化劑對不同芳香醇選擇性氧化制芳香醛反應表現(xiàn)出了較好的光催化氧化性能，并且反應溫度為210℃時制備的樣品對光催化氧化苯甲醇制苯甲醛其轉(zhuǎn)化率為21％，選擇性接近100％;尤其對甲氧基苯甲醇的轉(zhuǎn)化率為最高。本論文工作拓展了氧化鈮基化合物的組成及其在可見光照射下降解染料RhB和選擇性光催化氧化芳香醇制芳香醛的應用范圍，發(fā)展了制備不同相組成的復合半導體氧化鈮光功能材