剥离-重组法构筑钽钨酸盐介孔光催化材料及其表征

摘要

层状化合物的层间域具有可调控性，利用客体作柱撑剂，可改变层间距的大小。经过改性后的柱撑层状复合材料，由于主客体间的协同效应，其物理、化学性能都会得到改变，因此在催化、分离、吸附等领域有着广泛的应用。
　　 层状LiTaWO6是一种具有三重金红石结构的层状半导体化合物。本论文采用剥离-重堆积技术，首次成功剥离了层状LiTaWO6，获得了TaWO6-单分子纳米片层，之后将SnO2、TiO2溶胶分别与纳米片层反应，制备出氧化物柱撑的钽钨酸盐基介孔复合材料。利用XRD、TG、SEM、UV-Vis、IR、BET、XPS和表面电位测定等表征手段对HTaWO6及其单分子层的稳定性、柱撑复合材料的结构、性质等进行了研究。
　　 研究表明，在超声波震荡下，由LiTaWO6酸交换得到质子化的HTaWO6与TBAOH反应可被剥离成单分子层，其剥离率达90％。Ζ电位测定分析表明，在pH为5～9的范围内，表面ζ电位基本不变(-30～-31mV)，溶胶相对稳定，其等电点在pH=1以下。
　　 采用剥离-重堆积技术制备了SnO2/HTaWO6柱撑复合材料，通过XRD、N2等温吸附-脱附分析表明，其层间距增量为2.05nm，比表积为82 m2/g，存在～2.0 nm和～3.0 nm介孔峰。热分析表明，该柱撑复合材料具有较好的热稳定性。UV-Vis漫散射谱、红外光谱、XPS等测试结果表明，柱撑复合材料中主、客体间存在较强的相互作用，导致UV-Vis吸收边红移，O1s结合能增大。
　　 采用剥离-重堆积技术制备了TiO2/HTaWO6柱撑复合材料，通过XRD、N2等温吸附-脱附等分析表明，其层间距增量为2.0 nm，比表积为92 m2/g，存在～2.0nm峰的宽分布孔道结构。热分析表明，该柱撑复合材料的热稳定性能良好。UV-Vis漫散射谱、红外光谱、XPS测试结果表明，TiO2-HTaWO6柱撑复合材料中主、客体间存在较强的相互作用，导致UV-Vis吸收边红移，O1s结合能增大。
　　 经SnO2、TiO2柱撑，钽钨酸盐基复合材料具有较大的比表面积和介孔孔道结构，特别是其主、客形成的半导体异质结，两组分间的电子耦合作用使得光生电子和空穴得到了有效分离，复合材料均表现出良好的光催化活性。