摻雜NaTaO3光催化劑的制備與光解水制氫性能研究.pdf

1、利用太陽能光催化分解水制氫對于節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、緩解能源危機(jī)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重大意義。鉭酸鹽體系由于其鈣鈦礦層狀結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的能帶構(gòu)成，表現(xiàn)出了優(yōu)于其他類型化合物的光催化制氫活性，得到了人們的廣泛關(guān)注。然而，其過寬的禁帶寬度決定了它僅能響應(yīng)占太陽光譜4％的紫外光，極大地限制了太陽光利用率。金屬離子摻雜是拓寬寬禁帶半導(dǎo)體光吸收范圍的有效途徑。因此本課題針對鉭酸鹽體系太陽光利用率較低的問題，采用Cu(Ⅱ)或Cu(Ⅱ)/W(Ⅵ)對Na

2、TaO3進(jìn)行摻雜改性，制備可見光響應(yīng)的光催化制氫材料，并考察了其在甲醇水溶液中的光催化制氫活性。具體研究內(nèi)容如下：
　　 1.采用高溫固相法制備了不同摻雜量的可見光響應(yīng)光催化劑Cu(Ⅱ)摻雜NaTaO3(NaTa1-xCuxO3)，通過XRD、SEM、XPS和UV-Vis等測試手段對樣品的相結(jié)構(gòu)組成、形貌、元素價態(tài)和光吸收性質(zhì)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，Cu以Ca(Ⅱ)存在于NaTa1-xCuxO3；NaTa1-xCuxO3為正交晶相

3、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)；Cu(Ⅱ)摻雜使NaTaO3光吸收帶邊紅移，具有明顯的可見光吸收特性，當(dāng)x=0.10時，紅移程度最大，帶隙最小。催化劑的光催化制氫活性評價選擇甲醇水溶液作為反應(yīng)體系，NiO作為助催化劑，其形貌和與催化劑的結(jié)合方式通過TEM及HRTEM進(jìn)行表征。NiO負(fù)載后和半導(dǎo)體之間形成了異質(zhì)結(jié)。NaTa1-xCuxO3的光催化活性與Cu(Ⅱ)離子的摻雜濃度密切相關(guān)；其中，負(fù)載0.3wt.％NiO的NaTa0.92Cu0.08O3具有最佳的

4、光催化制氫活性達(dá)69μmol h-1g-1，而且光催化劑的穩(wěn)定性好。
　　 2.在NaTa1-xCuxO3研究的基礎(chǔ)上，采用高溫固相法制備了可見光響應(yīng)的Cu(Ⅱ)和W(Ⅵ)共摻NaTaO3光催化劑(NaTaO3：Cu/W)，系統(tǒng)研究了Cu(Ⅱ)與W(Ⅵ)摩爾比(λ)和共摻量(X)對NaTaO3：Cu/W晶體結(jié)構(gòu)、形貌、光吸收性質(zhì)和可見光催化分解甲醇水溶液制氫活性的影響規(guī)律。結(jié)果表明，Cu、W分別以Cu(Ⅱ)和W(Ⅵ)存在于NaT

5、aO3：Cu/W。Cu、W共摻不改變NaTaO3的晶體結(jié)構(gòu)，但引起晶格畸變，減小表面臺階間距；當(dāng)固定λ，增加X時，進(jìn)入NaTaO3晶格的摻雜離子逐漸增多，使(020)衍射峰逐漸向高角度移動，光吸收邊紅移，然而進(jìn)一步增加X，(020)衍射峰則向低角度回復(fù)。說明過量的摻雜離子不能有效進(jìn)入晶格，Cu、W對NaTaO3的摻雜存在最大值(Xmax)；當(dāng)λ=1:2、1:3和1:4時，Xmax分別為8％、6％和4％；NaTaO3：Cu/W在X=Xma