钛铌酸盐纳米复合材料的构建及光催化性能研究

摘要

本文以层状钛铌酸盐CsTi2NbO7为前驱体材料，通过改性制备e-HTi2NbO7纳米片，并以它为载体构建钛铌酸盐纳米复合材料。采用XRD、HRTEM、EDS、N2吸附-脱附、LRS、循环伏安(CV)曲线、UV-vis DRS以及Mott-Schottky曲线等一系列手段对所制材料进行表征。以甲烷气中乙硫醇的脱除为目标，以实验室研发的气-固吸附和光催化脱硫反应装置为评价设备，通过吸附和光催化降解乙硫醇的光催化实验来评价催化剂的光催化性能。
　　通过高温固相法制备出前驱体材料CsTi2NbO7，经过质子交换、剥离及酸沉积制备e-HTi2NbO7纳米片聚集体。研究结果表明所制e-HTi2NbO7纳米片为单层或多层无序堆叠的片状结构并且具有较大的比表面积138.1m2·g-1，孔径为11.3nm，禁带宽度为3.35eV，对可见光基本无响应能力。e-HTi2NbO7纳米片聚集体对乙硫醇的吸附量是50.1μmol·g-1，在可见光的照射下，e-HTi2NbO7纳米片对乙硫醇几乎没有光催化氧化作用。
　　通过溶胶复合的方式构建Cu2O/e-HTi2NbO7纳米复合材料，纳米复合物依然保持着纳米片的无序堆叠片状结构，Cu2O纳米粒子高度分散在e-HTi2NbO7纳米片的表面，比表面积为95m2·g-1，孔径为9.1nm，与纳米片聚集体相比，比表面积和孔径均略微降低，但在可见光区域的吸收强度显著增强。Cu2O/e-HTi2NbO7纳米复合材料对乙硫醇的吸附量是65.2μmol·g-1，由于主客体间的协同作用，纳米复合物对乙硫醇光催化活性相较于纳米片有明显提高。
　　通过溶胶复合后煅烧的方式构建NiO/e-HTi2NbO7纳米复合材料，NiO纳米粒子均匀分散在纳米片表面，且二者之间存在较强相互作用。纳米复合物BET表面积为83.3m2·g-1，孔径为5.6nm，纳米粒子与纳米片之间较强的相互作用使复合物对可见光有更好的光谱响应能力。NiO/e-HTi2NbO7纳米复合材料对乙硫醇的吸附量提升到了113μmol·g-1，同时它的光催化活性相较前驱体纳米片有明显提高。
　　通过氧化物复合改性后得到的纳米复合材料依然保持着片状结构，同时，在氧化物与纳米片载体间明显的协同效应，促进了复合氧化物在吸附和光催化降解乙硫醇的反应中都表现出更好的吸附量和光催化活性。因此，钛铌酸盐纳米复合材料的构建为合成新型光催化材料提供可行的思路。

目录

声明

摘要

引言

1 文献综述

1．1 纳米片概述

1．2 钛铌酸盐纳米片及其改性

1．2．2 钛铌酸盐纳米片的改性

1．3 钛铌酸盐纳米片在光催化领域的研究现状

1．4 课题的研究内容

2 e-HTi2NbO7纳米片的制备、表征及光催化性能研究

2．1 实验部分

2．1．1 实验试剂及仪器

2．1．2 e-HTi2NbO7纳米片的制备

2．1．3 样品表征

2．1．4 光催化实验

2．2 结果与讨论

2．2．1 纳米片的物相结构、形貌及元素分析

2．2．2 比表面积及孔径分布分析

2．2．3 骨架结构分析

2．2．4 光谱响应能力分析

2．2．5 光催化结果分析

2．3 本章小结

3 Cu2O／e-HTi2NbO7纳米复合材料的制备、表征及光催化性能研究

3．1 实验部分

3．1．1 主要试剂及仪器

3．1．2 Cu2O／e-HTi2NbO7纳米复合材料的制备

3．1．3 样品表征

3．1．4 光催化实验

3．2 结果与讨论

3．2．1 物相结构、形貌及元素分析

3．2．2 比表面积及孔径分布分析

3．2．3 骨架结构分析

3．2．4 光电化学性能测试

3．2．5 光谱响应能力分析

3．2．6 吸附与光催化结果分析

3．3 本章小结

4 NiO／e-HTi2NbO7纳米复合材料的制备、表征及光催化性能研究

4．1 实验部分

4．1．1 主要试剂及仪器

4．1．2 e-HTi2NbO7纳米片聚集体材料的制备

4．1．3 样品表征

4．1．4 光催化实验

4．2 结果与讨论

4．2．1 物相结构、形貌及元素分析

4．2．2 比表面积及孔径分布分析

4．2．3 骨架结构分析

4．2．4 核磁共振氢谱分析

4．2．5 化学态及电子结构分析

4．2．6 光电性能测试

4．2．7 光谱响应能力分析

4．2．8 光催化结果分析

4．3 本章小结

结论

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果