稀土摻雜3D多層次結(jié)構(gòu)氧化鈰的形貌控制及其光催化性能的研究.pdf

1、稀土元素鈰的4f軌道中未成對(duì)電子可以與大多數(shù)元素反應(yīng)形成多配位多化合價(jià)態(tài)的化合物因而使鈰元素具有優(yōu)良的光學(xué)、磁學(xué)以及電學(xué)性能。二氧化鈰作為稀土氧化物中最常的一種氧化物已越來越多地引起的研究者的興趣，這主要是由于二氧化鈰有著優(yōu)異的氧化還原的能力、氧的釋放和吸收能力（通過Ce3+和Ce4+不同價(jià)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)）以及光催化氧化和光催化還原的能力。本文利用一步水熱合成方法制備了具有多孔的掃把型、刺猬型（多面體+納米棒復(fù)合結(jié)構(gòu)）以及中空球

2、形三維多層次結(jié)構(gòu)的氧化鈰，通過實(shí)驗(yàn)條件改變達(dá)到了形貌可調(diào)控目的。利用掃描電鏡、高分辯透射電鏡等手段觀察分析樣品的形貌，并在此基礎(chǔ)上提出了水熱合成三維多層次結(jié)構(gòu)形成的機(jī)理為晶體成核與奧斯特瓦爾德熟化過程中共同作用的理論。通過拉曼光譜、X射線衍射、紫外可見光譜以及X射線光電能譜儀等表征手段對(duì)制備產(chǎn)物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，建立了形貌與結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系。最終利用程序升溫氫氣還原、氧氣吸脫附以及乙醛光催化降解實(shí)驗(yàn)研究了不同形貌之間的光催化性能的差異，分析

3、了不同形貌、結(jié)構(gòu)與光催化性能之間的聯(lián)系。本論文主要開工作有以下四個(gè)方面:
　　第一，以六水合硝酸鈰(cerium nitrate hexahydrate(Ce(NO3)3·6H2O))為鈰源，利用二水合檸檬酸三鈉(Dihydrate trisodium citrate(C6H5Na3O7·2H2O))為形貌控制劑，通過水熱合成的方法，一步來合成具有掃把型多孔的多層次結(jié)構(gòu)形貌的氧化鈰。通過研究水熱反應(yīng)溫度、水熱反應(yīng)時(shí)間、不同原料的配

4、比實(shí)驗(yàn)得到最佳的合成條件。通過得水熱反應(yīng)過程中各種實(shí)驗(yàn)條件研究，總結(jié)出各實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)最終形貌的影響規(guī)律，提出多孔掃把型氧化鈰形貌形成的機(jī)理。最終利用程序升溫還原氫氣實(shí)驗(yàn)，乙醛光催化降解實(shí)驗(yàn)來測(cè)試多孔掃把型氧化鈰的光催化性能。
　　第二，根據(jù)光催化性提升的需求，在第一章節(jié)的前提下，通過對(duì)多孔的掃把型氧化鈰進(jìn)行稀土摻雜。利用六水合硝酸釔(yttrium nitrate hexahydrate(Y(NO3)3·6H2O))作為摻雜劑對(duì)摻雜

5、的過程，摻雜的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，得出摻雜是否成功的檢測(cè)依據(jù)，摻雜前后結(jié)構(gòu)上特性的變化情況。通過程序升溫還原氫氣實(shí)驗(yàn)，程序升溫氧氣釋放實(shí)驗(yàn)，乙醛光催化降解實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)來得到最優(yōu)化的摻雜比例，并對(duì)摻雜后光催化性的提升的可能性因素作出合理解釋。
　　第三，在水熱合成工藝成熟的基礎(chǔ)上，通過改變不同原料來得到其他多層次結(jié)構(gòu)的氧化鈰光催化劑。利用原料六水合硝酸鈰為鈰源，摻雜劑硝酸釔和形貌修飾劑Na3PO4，并通過改變不同的原料配比，

6、不同的反應(yīng)溫度以及不同的反應(yīng)時(shí)間改變來合成刺猬型（納米棒+八面體復(fù)合結(jié)構(gòu)）氧化鈰最優(yōu)化的合成的工藝。通過對(duì)光催化活性評(píng)價(jià)機(jī)制研究找到光催化活性提升的主要影響因素，提出氧化鈰基光催化材料的光催化機(jī)理。
　　第四、利用模板法來制備具有中空結(jié)構(gòu)的球形氧化鈰。以硝酸鈰為鈰源，摻雜劑硝酸釔作為摻雜劑，以聚苯乙烯微球(polystyrene:PS)為軟模板合成了中空球形氧化鈰。并研究了最佳的合成工藝。通過對(duì)光催化活性評(píng)價(jià)機(jī)制研究提出了稀土摻雜