鈮基氧化物半導(dǎo)體材料的制備及光催化、非線性光學(xué)性能研究.pdf

1、由于能源過度開采和環(huán)境污染的日益加劇，能源和環(huán)境問題已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)關(guān)注的首要問題。各種解決能源與環(huán)境問題的新技術(shù)、新思路不斷涌現(xiàn)，光催化技術(shù)由于其節(jié)能、高效、無毒等優(yōu)勢，引起廣大研究者的興趣。半導(dǎo)體光催化技術(shù)的核心是制備高效的光催化材料。從應(yīng)用角度考慮材料應(yīng)具有光吸收范圍廣、光利用率高、穩(wěn)定性好、對(duì)環(huán)境友好、成本低廉等特性。目前被研究和應(yīng)用最多的二氧化鈦光催化材料只能在紫外光區(qū)域有響應(yīng)。這使得太陽光的利用率就非常低，在一定程度上制約了

2、其在實(shí)際中的應(yīng)用。所以開發(fā)新型高效半導(dǎo)體光催化材料，提高光能轉(zhuǎn)換效率和拓寬催化劑光響應(yīng)范圍成為目前光催化材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。
　　 鈮基、鈦基層狀半導(dǎo)體材料是一種新型光催化劑。該類材料由金屬-氧多面體單元組成陰離子板層，平衡陽離子位于層間位置。在板層上通過吸收光而使電子-空穴對(duì)發(fā)生分離，載流子在板層上快速遷移從而能延緩電子-空穴對(duì)的重組來提高光催化活性。其夾層空間可以作為反應(yīng)場所，從而能夠提供更多的催化反應(yīng)活性位。通過對(duì)其層

3、板上的原子和層間離子的取代可調(diào)變材料的吸光和催化性能。利用插層或柱撐的辦法，可調(diào)節(jié)材料的層間孔徑和比表面積。還可以將異質(zhì)物種引入材料的夾層空間，利用協(xié)同效應(yīng)來提高催化性能。
　　 在本文第三章中利用三聚氰胺作為g-C3N4的前驅(qū)體制備具有可見光響應(yīng)g-C3N4/SiO2-HNb3O8復(fù)合光催化材料。在可見光照射下通過光催化降解羅丹明B（RhB）的反應(yīng)來表征其性能，反應(yīng)中對(duì)比了不同載量的g-C3N4復(fù)合材料及純g-C3N4和SiO

4、2-HNb3O8的反應(yīng)活性。
　　 由于半導(dǎo)體粒子尺寸小到納米級(jí)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生明顯的量子尺寸效應(yīng)。在本文第四章中介紹了用水熱法制備具有特殊形貌的KNb3O8和HNb3O8材料。該材料通過在紫外光下光催化還原CO2的反應(yīng)表征其活性。在反應(yīng)中由水熱法制備的KNb3O8和HNb3O8納米帶比由傳統(tǒng)的固態(tài)反應(yīng)制備的KNb3O8和HNb3O8顆粒光催化還原CO2為甲烷的速率高出很多，同樣也優(yōu)于商品化的二氧化鈦(P25)。在該實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)無論是

5、納米帶形貌的HNb3O8還是顆粒HNb3O8反應(yīng)的活性都優(yōu)于其相對(duì)性的KNb3O8。其原因很有可能是納米帶特殊的形貌以及nNb3O8獨(dú)特的質(zhì)子酸度。
　　 在本文第五章中介紹了利用凝膠，溶膠法制備前驅(qū)溶液，使用旋涂法成功制備的一系列鈮酸鉛的薄膜PbNb2O6、Pb2Nb2O7、Pb3Nb2O8和Pb3Nb4O13。并考察了它們的三階非線性光學(xué)性能。
　　 所制備的材料均采用X射線衍射粉末衍射儀(XRD)，傅里葉紅外光譜儀