铈掺杂钽酸钠的水热合成与性能研究

摘要

本文以水热合成法，制备了一系列铈掺杂钽酸钠光催化剂纳米材料。利用XRD、TEM、SEM 等分析检测手段对不同反应条件下制备的系列样品进行了结构和形貌的表征，还研究了该系列铈掺杂钽酸钠的光催化降解染料甲基橙的性能。 （1）以Ta2O5 和NaOH 为原料，在水热体系下合成了结晶完善，大小约为400nm 的NaTaO3纳米立方体。水热温度180℃，[Ta5+]=0.045mol/L，[NaOH]=12mol/L 时，水热反应1h 就可以得到NaTaO3 晶相。调整反应物浓度，在[Ta5+]=0.1mol/L，[NaOH]=10mol/L，水热温度180℃，反应时间1h 下，得到了结晶性好的NaTaO3 立方体颗粒。实验结果表明，NaTaO3可以在一个较宽的反应物浓度范围内合成。 （2）利用水热法合成了系列铈掺杂的NaTaO3。在CeO2 作为掺杂元素合成铈掺杂NaTaO3的反应过程中，反应物的浓度、反应温度在反应中起了关键的作用。通过调节NaOH 溶液的浓度、Ta5+离子浓度、反应温度及CeO2 掺杂量，在180℃下得到了CeO2 掺杂的NaTaO3。 样品呈现较好的立方体的形貌，粒径在50-150nm 左右，掺杂样品的粒径尺寸显著减小。 实验结果表明，水热温度180℃，反应时间48h，[Ta5+]=0.045mol/L，[NaOH]=12mol/L 为最佳的反应条件。在CeO2 掺杂NaTaO3 合成的最佳反应条件基础上，利用水热法制备了Ce3+掺杂的NaTaO3，掺杂样品具有立方体形貌。同时采用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB） 作为表面活性剂，制备得到了Na2Ta2O6/NaTaO3:Ce3+纳米复合材料。CTAB 的加入对于Na2Ta2O6 的出现起到了重要的影响。 （3）以甲基橙为降解对象的光催化降解实验表明，水热法制备的铈掺杂NaTaO3 样品比未掺杂样品有更高的光催化性能，CTAB 辅助下制备的Na2Ta2O6/NaTaO3:Ce3+纳米复合材料显示了较高的催化性能，Na2Ta2O6 晶相的出现对样品光催化性能的提高有着重要的影响。