本文關(guān)鍵詞：鈮酸鹽的軟化學(xué)合成及光催化性能研究

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【摘要】：鈮酸鹽是典型的功能材料,由于其優(yōu)異的光催化、壓電、介電、鐵電、非線性光學(xué)、離子電導(dǎo)、熱電及光折變等性能而引起廣泛關(guān)注。此外,鈮酸鹽具有非常突出的光催化降解有機(jī)污染物,光催化分解水產(chǎn)氫、產(chǎn)氧性能。目前鈮酸鹽的合成方法主要為高溫固相法、熔鹽法等,這些方法難以實(shí)現(xiàn)對鈮酸鹽形貌、尺寸和化學(xué)組分的同時(shí)控制。軟化學(xué)方法是通過化學(xué)反應(yīng)克服固相反應(yīng)過程中的反應(yīng)勢壘,在溫和的條件下和緩慢的反應(yīng)進(jìn)程中,以可控制的步驟一步步地進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),制備新材料的方法。軟化學(xué)方法在可控合成功能材料領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用。因此,本論文以開放結(jié)構(gòu)鈮酸鉀為前驅(qū)體,通過軟化學(xué)方法制備了二維Ag2Nb4O11介晶、一維AgNbO3納米結(jié)構(gòu)、一維ZnNb2O6納米結(jié)構(gòu),一維ZnNb2O6/KNbO3納米結(jié)構(gòu)。通過對中間產(chǎn)物組成和形貌演變的追蹤,揭示由前驅(qū)體到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變機(jī)理,并對其光催化性能進(jìn)行探索。(1)以層狀K4Nb6O17片狀粒子為前驅(qū)體,通過軟化學(xué)拓?fù)滢D(zhuǎn)變反應(yīng)制備了二維Ag2Nb4O11介晶。通過對反應(yīng)過程中間產(chǎn)物形貌和結(jié)構(gòu)的表征,揭示了該轉(zhuǎn)變反應(yīng)的兩步反應(yīng)機(jī)理。第一步為離子交換反應(yīng),即銀離子與層間離子的交換過程,第二步為原位拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變反應(yīng),即低溫?zé)崽幚磉^程中片狀A(yù)g3HNb6O17粒子向片狀A(yù)g2Nb4O11介晶的轉(zhuǎn)變反應(yīng)。軟化學(xué)方法所制備的Ag2Nb4O11介晶具有較高的光催化活性,光照20分鐘對羅丹明B的降解率為95.3%。相比于固相法制備的Ag2Nb4O11塊狀粒子,Ag2Nb4O11介晶性能較高的原因在于其特殊的形貌和暴露晶面所導(dǎo)致的能帶結(jié)構(gòu)的變化和禁帶寬度的縮小。(2)以隧道結(jié)構(gòu)K2Nb2O6絲狀粒子為前驅(qū)體,通過軟化學(xué)拓?fù)滢D(zhuǎn)變反應(yīng)制備了一維AgNbO3納米結(jié)構(gòu)。首先,以隧道結(jié)構(gòu)K2Nb2O6絲狀粒子為前驅(qū)體,隧道中的鉀離子能夠被銀離子交換出來,得到銀離子交換的產(chǎn)物。然后,銀離子交換的產(chǎn)物在低溫?zé)崽幚淼倪^程中發(fā)生原位拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變反應(yīng),得到鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的AgNbO3。該一維AgNbO3納米結(jié)構(gòu)是由沿[011]方向定向排列的納米粒子組成,并且它們的主要暴露晶面為(100)晶面。一維AgNbO3納米結(jié)構(gòu)具有較高的光催化降解亞甲基藍(lán)和光催化分解水產(chǎn)氧性能。(3)以隧道結(jié)構(gòu)K2Nb2O6絲狀粒子為前驅(qū)體,通過軟化學(xué)拓?fù)滢D(zhuǎn)變反應(yīng)制備了一維ZnNb2O6納米結(jié)構(gòu)和一維ZnNb2O6/KNbO3異質(zhì)結(jié)納米結(jié)構(gòu)。首先,以隧道結(jié)構(gòu)K2Nb2O6絲狀粒子為前驅(qū)體,將前驅(qū)體分別在硝酸鋅和醋酸鋅溶液中處理以進(jìn)行離子交換反應(yīng),得到兩種不同的鋅離子交換后的樣品。然后,兩種鋅離子交換的產(chǎn)物在低溫?zé)崽幚淼倪^程中發(fā)生原位拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變反應(yīng),分別得到一維ZnNb2O6和一維ZnNb2O6/KNbO3異質(zhì)結(jié)納米結(jié)構(gòu)。對樣品的光催化性能研究表明,兩種樣品均具有較高的光催化降解亞甲基藍(lán)、羅丹明B、甲基橙性能,其中ZnNb2O6/KNbO3納米結(jié)構(gòu)中存在異質(zhì)結(jié)協(xié)同效應(yīng),使其光催化能力最強(qiáng)。
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB34;O643.36

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本文編號：1197247