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1、第十一届全国青年催化会议论文集 文章缡号：K L - 2 5 新型非钛光催化剂的合成与光电性能研究 朱永法 ( 清华大学化学系，北京1 0 0 0 8 4 ) 关键词：光催化，环境净化，合成 T i O ：虽然是目前性能最好以及最具有应用前景的紫外光催化剂，但由于存在太阳光利用率低 ( 4 ) 以及电子空穴复合几率高等本征缺陷，具有严重的局限性。因此，高效、可见光响应的 新型光催化剂体系的研究是目前光催化环境净化研究中的一个重要方向。近年研究表明，一些复 合金属氧化物催化剂不仅具有很高的紫外光活性，并且还具有很好的可见光响应性能。在环境污 染物的催化氧化净化以及光解水制氢等方面展现了很好的应用
2、前景。新型复合金属氧化物光催化 剂以其高活性和良好的可见光催化活性而越来越引起环境学者的关注。 本工作通过溶剂热的方法合成了一系列具有纳米结构的新型复合氧化物光催化剂，该类催化 剂具有很高光催化活性以及可见光催化降解有机污染物的活性和稳定性。该新型光催化剂具有纳 米颗粒，纳米棒以及纳米片等形貌结构，并具有不同的光催化性能。该类新型光催化剂的研究为 提高光催化活性以及拓展可见光的利用方面提供了新的思路，在环境污染物质的降解净化上具有 重要的应用前景。 合成该类新型复合氧化物纳米结构光催化剂的方法主要有两种。一种是通过溶剂热的方法进 行合成，可以形成具有一定纳米结构的晶相光催化材料，但一般只能合成
3、粉体光催化剂。另一类 方法是把两种金属元素形成一种非晶态配合物前驱体，再经过中温氧化处理，形成具有纳米晶体 结构的光催化剂，该方法虽然难以合成可控的纳米结构，但可以直接制备薄膜光催化剂，在薄膜 光催化剂的研究上具有优势。 本工作1 1 - 3 对B i 2 W 0 6 、B i 2 M 0 0 6 、Z n W 0 4 、B a s T a 4 0 1 5 等纳米颗粒、纳米片、纳米棒结构的 新型光催化材料进行了系统研究。通过控制水热合成的条件，可以对这些新型光催化剂的纳米结 构进行有效的调控。发现在B i 2 W 0 6 、B i 2 M 0 0 6 和B a s T a 4 0 1 5 纳米
4、片的形成过程中，沿( 1 1 0 ) 晶 面优势生长形成片状结构。A F M 等研究发现这些纳米片为单胞厚度的层片状结构，片层厚度大约 为1 I n m ，这与B a s T a 4 0 1 5 等晶体的c 轴长非常接近。以罗丹明B ，甲醛为目标降解物进行光催化 实验，B a s T a 4 0 I s 纳米片在紫外光条件下有很好的光催化活性，与商品P 2 5 接近。纳米片B a s T a 4 0 l s 的液相催化活性是固相反应B a s T a 4 0 1 5 活性的9 倍。同时，研究工作还发现B i 2 W 0 6 和B i 2 M 0 0 6 等光催化剂不仅具有紫外光催化活性还具有很
5、好的可见光降解活性。在1 小时内可以使得R h B 染 料完全脱色，并具有很好的稳定性。对Z n W 0 4 和B a 2 T a 0 6 纳米棒的研究发现，在水热合成过程中 羟基缺陷的存在是制约其光催化活性的主要因素。对于光催化机理的研究发现，新型光催化剂主 要通过空穴氧化进行有机物的降解，自由基几乎不起作用。 。国家自然科学基金( 2 0 5 7 1 0 4 7 ) 资助项目 ”通讯联系人 P R 一2 0 第十一居全国青年催化台谈论文羹 霸璧震思 目I2 7 0 度承热反应2 4 小时获得的围2B A5 T A 0 纳米片的T E M 照片 围3T 目温度制备的B A 。T A O B
6、As T A O ，s 的X R D 田 纳米片样品的光催化活性 奉T 作”1 连通过非晶态配合物的方法在I T O 玻璃上制各了Z n W O 。纳米薄膜研究了其光电 悱】叫催化降解有机物污染物的性能。研究结果表明Z n W O 一薄膜具有一定的光催化性能，在外加 辅助电场下，可以促进光生空穴和电荷的分析，使得光催化活性青所增加。随着外加电压的增加， 产生电催化氧化和光催化氧化的协同作用，括性大幅度增加。其协同作用的机理是光催化氧化反 应促进了电极表明的清洁，而电催化氧化的洒性物质义促进，光催化反麻的活性从而产生光电 协同作用，大幅度提高有机物的降解活性和矿化度。 圈4 R f I B 的降
7、解镕性曲线 ( A ) 暗反应( B ) 直接光解，( c ) 光催 化( 2 5 N M ) ，f D l 光催化( 4 5 N M ) 8 5 十R H B 自8 n 0 巍黼：尝“中的电催化氧化降解曲线 圈6R H B 的光电协同降解曲线 锚甓龆发溉恐漪恐 ( E ) 光电协同2 0 新型复合氧化物纳米结构光催化剂具有特殊的结构兼容性是一类具有研究前景的高活性 高稳定性和町见光活性的新型光催化材料。 参考文献 T o n g g a ”g x u c h u 孤Z h 肌g , Y 0 n 曲Z h u ，A d v a 船e d 凡w f 口肼M a t e r i a l s ，2 0 0 6 ，1 6 ( 1 2 ) 1 5 9 9 - 1 6 0 7 【2 】X u 。Y 0 n m a u ，m m f S c J e w e T e c h n o l o g y , 2 0 0 6 , ( 1 0 J3 3 6 7 3 3 7 2 【3 jc l l u 孤g Z h a o g M d 出Z h u c h 枷y 矿M a t e r i a l s ，2 0 0 5 ，1 7 ( 1 3 ) ：3 5 3 7 3 5 4 5
