钽酸盐光催化材料往往具有较高的光催化活性.近年报道的钽酸盐光催化剂主要采用传统高温固相法制备,该方法不可避免地导致高温烧结,使合成的钽酸盐颗粒较大,比表面积较小,而且该方法具有不可克服的晶体转变、结晶度差、分解、挥发和纯度低等缺点,使制备的光催化剂活性较低.而纳米材料由于粒径小,提高了电子和空穴的扩散速度,大大降低了电子和空穴在材料内的复合几率,从而使光催化材料活性大幅提高.此外,粒径减小也使表面原子迅速增多,减小了光的漫反射,同时也使光吸收不易达到饱和,有利于提高光吸收效率.因此,制备纳米材料是提高半导体光催化剂活性的有效手段.目前,采用湿化学的溶液合成方法能在较低温度下获得粒度小且均匀、计量比准确的光催化剂粉末,但是合成钽酸盐光催化剂的水溶性钽前体即乙醇钽(或氯化钽)价格昂贵,而且对潮湿极端敏感易水解,使产物纯度降低,不适合工业化生产.近年来,尽管有文献报道以Ta2O5为原料利用水热、溶胶-凝胶和共沉淀等方法制备钽酸盐,但其合成条件苛刻,合成步骤复杂,合成周期较长,耗能大,产物产量较低且不均匀,很难实现产物的形貌控制来筛选出适合光催化反应的材料.目前关于纳米钽酸盐光催化材料形貌控制方面的研究鲜有报道,主要是由于Ta2O5极难溶解,很难实现液相合成.因此,纳米钽酸盐光催化材料的可控制备是研究的难点.我们发展了熔盐-水热制备钽酸盐新方法,实现了K1.9Na0.1Ta2O6·2H2O的可控制备.利用熔盐法制备一种可溶性钽酸盐前驱体,再通过水热法在液相进一步反应制得纳米钽酸盐光催化材料K1.9Na0.1Ta2O6·2H2O,通过控制反应条件实现了纳米钽酸盐K1.9Na0.1Ta2O6·2H2O的形貌调控,得到了纳米球、微球、去顶八面体形貌和类似榴莲形貌等不同形貌,而利用其它制备方法很难控制钽酸盐的形貌.另外,研究了制备材料吸附和光催化降解罗丹明B的性能,发现该材料光催化活性与形貌直接相关.表征结果表明,制备样品的X射线衍射(XRD)谱图尖锐,结晶较好,其各衍射峰位置均与K2Ta2O6一致,为纯相烧绿石结构,属于立方晶系,空间群为Fd3m.通过分析合成材料的元素组成及含量,确定K：Na：Ta比例近似为1.9：0.1：2.为了进一步研究属于烧绿石型化合物K1.9Na0.1Ta2O6·2H2O的结构,对不同形貌材料进行了红外光谱测试,所有样品在450–1000 cm–1的谱峰可归属于(K, ；Na)–O和Ta–O键的振动,3300 cm–1左右为晶体结构中水的羟基伸缩振动峰,1720 cm–1左右是晶体结构中水的弯曲振动峰.可以看出,不同形貌材料的红外谱图吸收带宽度和位置十分相似,只存在小的偏移和变化,进一步表明不同形貌的材料具有相似的晶体结构,与XRD结果一致.差热-热重分析确定了结构中所含结晶水数量近似为2.光催化性能测试结果表明,具有纳米球形貌的材料比表面积较大,因而光催化活性最高.
鐽痠鹽光催化材料往往具有較高的光催化活性.近年報道的鐽痠鹽光催化劑主要採用傳統高溫固相法製備,該方法不可避免地導緻高溫燒結,使閤成的鐽痠鹽顆粒較大,比錶麵積較小,而且該方法具有不可剋服的晶體轉變、結晶度差、分解、揮髮和純度低等缺點,使製備的光催化劑活性較低.而納米材料由于粒徑小,提高瞭電子和空穴的擴散速度,大大降低瞭電子和空穴在材料內的複閤幾率,從而使光催化材料活性大幅提高.此外,粒徑減小也使錶麵原子迅速增多,減小瞭光的漫反射,同時也使光吸收不易達到飽和,有利于提高光吸收效率.因此,製備納米材料是提高半導體光催化劑活性的有效手段.目前,採用濕化學的溶液閤成方法能在較低溫度下穫得粒度小且均勻、計量比準確的光催化劑粉末,但是閤成鐽痠鹽光催化劑的水溶性鐽前體即乙醇鐽(或氯化鐽)價格昂貴,而且對潮濕極耑敏感易水解,使產物純度降低,不適閤工業化生產.近年來,儘管有文獻報道以Ta2O5為原料利用水熱、溶膠-凝膠和共沉澱等方法製備鐽痠鹽,但其閤成條件苛刻,閤成步驟複雜,閤成週期較長,耗能大,產物產量較低且不均勻,很難實現產物的形貌控製來篩選齣適閤光催化反應的材料.目前關于納米鐽痠鹽光催化材料形貌控製方麵的研究鮮有報道,主要是由于Ta2O5極難溶解,很難實現液相閤成.因此,納米鐽痠鹽光催化材料的可控製備是研究的難點.我們髮展瞭鎔鹽-水熱製備鐽痠鹽新方法,實現瞭K1.9Na0.1Ta2O6·2H2O的可控製備.利用鎔鹽法製備一種可溶性鐽痠鹽前驅體,再通過水熱法在液相進一步反應製得納米鐽痠鹽光催化材料K1.9Na0.1Ta2O6·2H2O,通過控製反應條件實現瞭納米鐽痠鹽K1.9Na0.1Ta2O6·2H2O的形貌調控,得到瞭納米毬、微毬、去頂八麵體形貌和類似榴蓮形貌等不同形貌,而利用其它製備方法很難控製鐽痠鹽的形貌.另外,研究瞭製備材料吸附和光催化降解囉丹明B的性能,髮現該材料光催化活性與形貌直接相關.錶徵結果錶明,製備樣品的X射線衍射(XRD)譜圖尖銳,結晶較好,其各衍射峰位置均與K2Ta2O6一緻,為純相燒綠石結構,屬于立方晶繫,空間群為Fd3m.通過分析閤成材料的元素組成及含量,確定K：Na：Ta比例近似為1.9：0.1：2.為瞭進一步研究屬于燒綠石型化閤物K1.9Na0.1Ta2O6·2H2O的結構,對不同形貌材料進行瞭紅外光譜測試,所有樣品在450–1000 cm–1的譜峰可歸屬于(K, ；Na)–O和Ta–O鍵的振動,3300 cm–1左右為晶體結構中水的羥基伸縮振動峰,1720 cm–1左右是晶體結構中水的彎麯振動峰.可以看齣,不同形貌材料的紅外譜圖吸收帶寬度和位置十分相似,隻存在小的偏移和變化,進一步錶明不同形貌的材料具有相似的晶體結構,與XRD結果一緻.差熱-熱重分析確定瞭結構中所含結晶水數量近似為2.光催化性能測試結果錶明,具有納米毬形貌的材料比錶麵積較大,因而光催化活性最高.
단산염광최화재료왕왕구유교고적광최화활성.근년보도적단산염광최화제주요채용전통고온고상법제비,해방법불가피면지도치고온소결,사합성적단산염과립교대,비표면적교소,이차해방법구유불가극복적정체전변、결정도차、분해、휘발화순도저등결점,사제비적광최화제활성교저.이납미재료유우립경소,제고료전자화공혈적확산속도,대대강저료전자화공혈재재료내적복합궤솔,종이사광최화재료활성대폭제고.차외,립경감소야사표면원자신속증다,감소료광적만반사,동시야사광흡수불역체도포화,유리우제고광흡수효솔.인차,제비납미재료시제고반도체광최화제활성적유효수단.목전,채용습화학적용액합성방법능재교저온도하획득립도소차균균、계량비준학적광최화제분말,단시합성단산염광최화제적수용성단전체즉을순단(혹록화단)개격앙귀,이차대조습겁단민감역수해,사산물순도강저,불괄합공업화생산.근년래,진관유문헌보도이Ta2O5위원료이용수열、용효-응효화공침정등방법제비단산염,단기합성조건가각,합성보취복잡,합성주기교장,모능대,산물산량교저차불균균,흔난실현산물적형모공제래사선출괄합광최화반응적재료.목전관우납미단산염광최화재료형모공제방면적연구선유보도,주요시유우Ta2O5겁난용해,흔난실현액상합성.인차,납미단산염광최화재료적가공제비시연구적난점.아문발전료용염-수열제비단산염신방법,실현료K1.9Na0.1Ta2O6·2H2O적가공제비.이용용염법제비일충가용성단산염전구체,재통과수열법재액상진일보반응제득납미단산염광최화재료K1.9Na0.1Ta2O6·2H2O,통과공제반응조건실현료납미단산염K1.9Na0.1Ta2O6·2H2O적형모조공,득도료납미구、미구、거정팔면체형모화유사류련형모등불동형모,이이용기타제비방법흔난공제단산염적형모.령외,연구료제비재료흡부화광최화강해라단명B적성능,발현해재료광최화활성여형모직접상관.표정결과표명,제비양품적X사선연사(XRD)보도첨예,결정교호,기각연사봉위치균여K2Ta2O6일치,위순상소록석결구,속우립방정계,공간군위Fd3m.통과분석합성재료적원소조성급함량,학정K：Na：Ta비례근사위1.9：0.1：2.위료진일보연구속우소록석형화합물K1.9Na0.1Ta2O6·2H2O적결구,대불동형모재료진행료홍외광보측시,소유양품재450–1000 cm–1적보봉가귀속우(K, ；Na)–O화Ta–O건적진동,3300 cm–1좌우위정체결구중수적간기신축진동봉,1720 cm–1좌우시정체결구중수적만곡진동봉.가이간출,불동형모재료적홍외보도흡수대관도화위치십분상사,지존재소적편이화변화,진일보표명불동형모적재료구유상사적정체결구,여XRD결과일치.차열-열중분석학정료결구중소함결정수수량근사위2.광최화성능측시결과표명,구유납미구형모적재료비표면적교대,인이광최화활성최고.
The controllable synthesis of tantalate K1.9Na0.1Ta2O6·2H2O has been successfully achieved by a two‐step technique, namely, the molten salt and hydrothermal methods, at a low temperature. By simply varying the KOH concentration in the hydrothermal process, K1.9Na0.1Ta2O6·2H2O particles with spherical, cuboctahedral, and durian‐like morphologies were synthesized. The photocatalytic activity of the obtained samples for the degradation of rhodamine B was studied under ultraviolet light, which indicates that the photocatalytic properties of the samples are highly dependent on their morphologies. The K1.9Na0.1Ta2O6·2H2O nanospheres, with rough surfaces and the highest specific surface area, exhibit the best performance. The present work provides a unique approach for the controlled synthesis of tantalate photocatalysts, which are difficult to achieve through other synthetic approaches.
