过渡金属离子掺杂铌酸钾的制备及其性能表征

摘要

能源短缺和环境恶化等社会问题使人类意识到氢是自然界中最理想的燃料。氢能作为二次能源，具有清洁、高效、安全、可贮存、可运输等诸多优点，受到了各国的高度重视，而直接利用太阳能光解水是制氢的重要途径之一，实现光催化分解水的关键是寻找合适的催化剂。 本文通过高温固相反应制备了KNbO3固体，利用测量样品的吸光度评估KNbO3的光催化活性，采用单因素实验确定其最佳制备条件为：烧结温度1000℃，反应物K2CO3：Nb2O5(摩尔比)1.00：1.00，烧结时间8h。XRD分析结果表明，该条件下的KNbO3为斜方晶系的钙钛矿结构，平均为41nm。 采用高温固相法制备了9种过渡金属离子(Zr4+、Ti4+、La3+、Ce3+、pr3+、Nd3+、Sm3+、Eu3+、Dy3+)掺杂的铌酸钾固体，通过单因素实验分别确定Ti4+、Zr4+、La3+、pr3+、Nd3+、Sm3+、Eu3+、Dy3+离子掺杂铌酸钾的最佳制备条件：K：Nb：M(M=Ti、Zr、La、Pr、Nd、Sm、Eu、Dy)=1.00：0.95：0.05，反应温度为800℃，反应时间为10h；Ce3+掺杂铌酸钾的最佳制备条件：K：Nb：Ce=1.00：0.90：0.10，反应温度为800℃，反应时间为10h。结果表明，过渡金属离子掺杂有助于吸光度的增加，尤其是有利于样品对可见光的吸收。当过渡金属离子掺杂量较大时，会影响铌酸钾样品的禁带结构。 XRD分析结果表明过渡金属离子掺杂后并不改变样品的晶体结构，掺杂后的样品仍然具有斜方晶系的钙钛矿结构。 通过浸渍Ni(NO3)2的方法在样品表面负载NiO以对样品进行表面改善，结果发现负载后的样品其吸光度并没有提高。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1概述

1.2半导体光催化的反应体系

1.2.1悬浮式光催化反应体系

1.2.2固定式光催化反应体系

1.3悬浮式半导体光催化剂

1.3.1光催化原理

1.3.2半导体光催化活性的影响因素

1.3.3悬浮式光催化反应的特点

1.4悬浮式光解水制氢体系的研究现状

1.4.1半导体光催化剂的研究

1.4.2反应介质的研究

1.5半导体光催化剂的制备方法

1.5.1溶胶-凝胶法

1.5.2高能球磨法

1.5.3沉淀法

1.5.4喷雾热分解法

1.5.5固相反应法

1.6本文工作

第二章KNbO3的制备及其性能检测

2.1引言

2.2实验

2.2.1 KNbO3的制备原理

2.2.2实验原料及试剂

2.2.3实验仪器及设备

2.2.4 KNbO3的制备

2.2.5实验方案

2.3 KNbO3的性能检测

2.3.1 XRD分析

2.3.2吸光度测定

2.3.3综合热分析

2.4实验结果与讨论

2.4.1烧结温度对KNbO3性能的影响

2.4.2 K2CO3：Nb2O5反应配比对KNbO3性能的影响

2.4.3烧结时间对KNbO3性能的影响

2.4.4 NiO负载对KNbO3性能的影响

第三章Ti、Zr离子掺杂铌酸钾的制备及其性能检测

3.1引言

3.2实验

3.2.1实验原料及试剂

3.2.2实验仪器及设备

3.2.3 Ti、Zr离子掺杂铌酸钾的制备

3.2.4实验方案

3.3 Ti、Zr离子掺杂铌酸钾的性能检测

3.4实验结果与讨论

3.4.1 Ti离子掺杂铌酸钾的实验结果与讨论

3.4.2 Zr离子掺杂铌酸钾的实验结果与讨论

3.5本章小结

第四章镧系离子掺杂铌酸钾的制备及其性能检测

4.1引言

4.2实验

4.3镧系离子掺杂铌酸钾的性能检测

4.4实验结果与讨论

4.4.1 La离子掺杂铌酸钾的实验结果与讨论

4.4.2 Ce离子掺杂铌酸钾的实验结果与讨论

4.4.3其它镧系金属离子(Pr、Nd、Sm、Eu、Dy)的掺杂铌酸钾的实验结果与讨论

4.5本章小结

第五章结论

参考文献

致谢