LiNb3O8及其复合材料的制备与光催化性能研究

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环境保护和能源危机是当今社会的热点问题,光催化技术被认为是一种可有效缓解上述问题的重要方式之一。目前,光催化材料种类繁多,其中碱金属铌酸盐和钽酸盐具有重要的代表意义。由于其无毒、结构简单且易于调节,铌酸盐作为环境修复和能源应用的光催化材料具有重要的应用前景。LiNb3O8光催化材料由于其成本低,稳定性好,能有效降解有机物,并具有较好的光催化产氢能力,得到了人们关注。本文采用水热辅助煅烧法制备了LiNb3O8光催化材料,并利用二次水热制备了负载一维二硫化钼纳米棒的复合光催化材料,研究了它们的形貌、结构、生长机理、光催化性能和光催化机理。具体研究结果如下:1)以Li OH·H2O、Nb2O5为原料,通过水热辅助煅烧法合成了中空结构的LiNb3O8光催化材料,研究发现,Li/Nb=8:1时,煅烧700、800、900和1000℃样品均为纯相,与传统的固相法相比,通过水热辅助煅烧法更容易制备出纯度高,结晶度好的LiNb3O8光催化材料。在紫外光照射下,不同煅烧温度下获得的样品均表现出优异的MB降解性能。特别是煅烧700℃的样品(LNO700),3h就降解了83%的MB。LNO700光降解速率最快,可归结于其煅烧过程中形成了中空结构,使得其比表面积最大,有更多的活性位点。循环吸附和光降解测试显示,5次循环表现出几乎相同的吸附能力和光降解性能,这说明LiNb3O8材料是一种稳定,高效率,可多次利用的光催化材料。2)通过水热法合成了Mo S2纳米棒/LiNb3O8复合光催化材料,研究发现,不同负载量的Mo S2均可以有效提升LNO的光催化产氢活性。3)LNO光催化材料上形成了以一维Mo S2纳米棒为辅助催化剂的异质结构。一维Mo S2纳米棒直接生长在LNO颗粒的结合处,这种异质结构有利于电荷的分离和转移,从而提升了LNO的光催化产氢性能。结果显示,一维Mo S2纳米棒负载量为1wt%时,产氢效率最高,是单独LNO产氢效率的3倍,比传统的Mo S2纳米片复合LNO光催化材料产氢效率还要高。循环制氢性能测试显示其性能稳定,效率几乎没有减少,这也证明了一维Mo S2纳米棒是一种既高效又稳定的光催化异质结构辅助催化剂。
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