钙钛矿型稀土复合氧化物纳米晶的制备及其光催化性能的研究

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纳米材料由于其介观效应而表现出不同于常规体材料的独特物理化学性质,因而对纳米材料的合成和性质研究已经成为材料科学、物理学以及化学学科的前沿。以半导体材料为光催化剂,利用太阳能消除污染,是近年来较重要的研究课题,既具有理论意义又具有实用价值。本课题主要研究纳米钙钛矿型稀土复合氧化物的制备及其光催化活性,探索提高光催化剂活性的有效途径。 LaCoO3系钙钛矿型复合氧化物是一类重要的功能材料,在电、磁、光、催化等领域具有重要的应用前景。本课题以此为研究对象,采用络合溶胶-凝胶法制备了LaCoO3纳米晶及A位、B位及AB位部分掺杂的复合氧化物纳米晶。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重-差热(TG-DTA)等手段,对凝胶的热分解机理、纳米晶的形成过程、物相结构、微观形貌、粒度大小等进行了分析表征。研究结果表明:该法在相对较低的温度下,就可以得到颗粒细小、组分均匀、纯钙钛矿结构的复合氧化物纳米晶,颗粒基本呈球形,分散性较好。与固相法相比,该法具有混合均匀(在原子水平上混合)、化学计量易于控制、原料易得、操作简单、过程易于控制、能在较低的温度下形成分散性好且粒度细的粉体等优点,是一种制备纳米复合氧化物粉体的有效方法,易于应用推广。 在成功合成LaCoO3系钙钛矿型复合氧化物系列纳米晶的基础上,采用IR和UV-Vis等技术研究了此系列纳米晶对水溶性染料包括酸性黑10B、阳离子兰等的光催化降解活性。重点考察了掺杂量、焙烧温度、光催化时间、催化剂用量等对光催化反应的影响。研究发现:通过对A位、B位及AB位适当掺杂,可使LaCoO3的催化活性得到明显提高。光催化性能与掺杂量、焙烧温度、催化剂用量、反应时间等因素有密切的关系,在适宜的实验条件下,可使染料溶液的脱色率达近100%。这一结果为提高钙钛矿型稀土复合氧化物的光催化活性提供了有效的途径,也为拓展钙钛矿型稀土复合氧化物的应用领域奠定了一定的实验基础。
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