氧化铌纳米结构制备及其光催化性能研究

摘要

氧化铌是一种典型的N 型半导体，带隙宽度 3.4-4.0eV，不仅自然界矿藏丰富，而且具有优于氧化钛的化学和热力学稳定性，极具光催化潜能。一维氧化铌纳米结构，由于量子限域效应和高表面积，更是具有优于体相的光电性能。目前，一维氧化铌纳米结构的制备方法主要为静电纺丝和铌箔热氧化等，都存在这能耗成本高的缺点。 本文探究了单晶一维氧化铌纳米结构的水热、溶剂热和熔盐等制备方法。分别制备了不同直径的氧化铌纳米线（直径20-30nm）、纳米带（宽200nm左右）和纳米棒（直径500nm左右）。其中水热和溶剂热法制备的一维氧化铌纳米结构都是主要沿着[001]晶向生长，以(001)晶面为主。而熔盐法虽然也制备了亚稳相--六方晶相的氧化铌纳米结构，但其主要是沿着[100]晶向生长。并对三种氧化铌纳米结构进行了光催化性能的考察，低直径氧化铌纳米线表现出了优于其他纳米结构的光催化性能。对其进行光致发光分析（PL）发现，低直径的一维结构对于光电传输更有利。为了进一步验证一维氧化铌纳米结构光催化性能的优势，本论文还通过模板法制备了氧化铌中空微球，并对其光催化性能进行了考察。零维的氧化铌中空球表现出了弱于一维的氧化铌纳米结构的光催化性能。 本论文还对氧化铌纳米线进行了复合材料的探究，制备了磷酸银/氧化铌复合材料和氧化铌/氮化碳两种复合材料。对于磷酸银/氧化铌复合光催化剂对不同配比进行了详细的考察，两种材料均表现了优于复合之前的光电性能。磷酸银/氧化铌复合光催化剂的光催化性能不仅与其独特的带隙结构有关，还与其典型的异质结结构有关。一维氧化铌纳米结构促进了光电子的传输和电子空穴的分离，对于复合材料的光电性能的提升至关重要。 本论文还探究了碳化铌纳米线的制备，以竹纤维为模板，通过对原料配比和反应条件的调变，制备出了形貌规整的碳化铌纳米线，其直径在100nm左右。碳化铌纳米线具有优良的电子性能，在电子器件方面应用潜力巨大。

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