Ta3N5@Ta2O5的可控制备及可见光催化分解水析氢性能

摘要

以水热法制备的Ta2O5纳米粒子为前驱体,利用高温氮化技术成功制备了核壳异质结构的Ta3N5@Ta2O5纳米光催化剂.采用XRD、XPS、TEM、N2吸附-脱附测试、DRS及电化学测试等分析手段,考察了氮化温度和氮化时间对样品的表面组成、晶粒尺寸、晶面结构、能带结构及载流子分离效率的影响规律.在NH3气流量50 mL·min-1的条件下,当氮化温度为750℃,控制氮化时间能够对纳米Ta2O5样品的带隙结构在3.86～2.08 eV间有效调控,相应地样品逐渐从Ta2O5经TaON@Ta2O5转化为Ta3N5@Ta2O5;当氮化时间为3h,氮化温度由750℃升高到900 ℃,Ta3N5@Ta2O5样品的带隙窄化至2.04 eV;当氮化温度为850℃,氮化时间延长至12h,Ta2O5完全氮化为Ta3N5,带隙进一步窄化至2.02 eV.经850℃氮化3 h样品,壳层Ta3N5界面转化为高活性(110)晶面,光生载流子分离效率最大,在可见光(λ＞420 nm)照射下光解水析氢活性最高,达21.75 μmol·g-1·h-1.