過渡金屬摻雜NaTaO-,3-的水熱合成及結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、目前，鈣鈦礦型光催化劑NaTaO3以它特有的結(jié)構(gòu)在光催化領(lǐng)域成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，在光催化分解水制氫、光催化降解有機(jī)染料、光催化還原CO2制備有機(jī)物等方面，向人們展示了比其他半導(dǎo)體光催化材料更誘人的應(yīng)用前景。然而它的禁帶寬度很大，大大降低了太陽能的利用率。采用金屬離子對(duì)NaTaO3進(jìn)行摻雜改性是拓展NaTaO3光響應(yīng)范圍的有效途徑。本論文利用水熱法合成過渡金屬Cr3+、Mn2+、Fe3+、Co2+、Cu2+、Zn2+摻雜NaTaO3的樣

2、品，采用XRD、XPS、FT-IR、UV-VIS等表征手段，并基于第一性原理對(duì)過渡金屬摻雜NaTaO3的幾何結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度和分態(tài)密度進(jìn)行了理論計(jì)算研究。
　　 XRD分析表明Cr3+、Mn2+摻雜NaTaO3的衍射峰與純NaTaO3相比向高角度方向發(fā)生不同的位移，F(xiàn)e3+、Co2+、Cu2+、Zn2+摻雜NaTaO3的衍射峰與純。NaTaO3相比向低角度方向發(fā)生不同的位移。因此我們可以認(rèn)為Cr3+、Mn2+、Fe3+、C

3、o2+、Cu2+、Zn2+摻雜到了NaTaO3晶格中。XPS分析表明因譜圖中分別出現(xiàn)Cr2O3、MnO和CuO的2P1/2，2P3/2電子結(jié)合能特征峰，說明Cr3+、Mn2+、Cu2+確實(shí)已經(jīng)摻雜進(jìn)NaTaO3中。FT-IR傅立葉紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)，摻雜過渡金屬的NaTaO3樣品中3436cm-1和1100cm-1波數(shù)處的吸收峰為樣品表面吸附的羥基峰，1636cm-1波數(shù)處的吸收峰為樣品表面吸附空氣中水分子的吸收峰，500-700cm-1

4、范圍的波段為Ta-O的伸縮振動(dòng)峰。用UV-VIS光譜對(duì)過渡金屬摻雜NaTaO3樣品做了光學(xué)性質(zhì)測(cè)定，結(jié)果顯示Cr3+、Mn2+、Fe3+、Co2+、Cu2+、Zn2+摻雜之后，NaTaO3對(duì)光的吸收發(fā)生了不同程度的紅移，且?guī)吨惦S著摻雜濃度的增大而減小。紫外光降解實(shí)驗(yàn)表明，摻雜Cr3+、Mn2+濃度為5％的NaTaO3樣品降解亞甲基藍(lán)效果最好，摻雜Cu2+、Zn2+的NaTaO3樣品降解效果最差，而摻雜Fe3+、Co2+的NaTaO3樣

5、品降解效果介于中間。
　　 使用第一性原理方法計(jì)算了以Cr3+、Mn2+、Fe3+、Co2+、Cu2+、Zn2+替換Ta5+形式摻雜NaTaO3的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度。結(jié)果表明摻雜Cr3+、Mn2+、Cu2+、Zn2+之后的NaTaO3禁帶寬度相對(duì)于未摻雜NaTaO3的禁帶寬度變?。欢鴵诫sFe3+、Co2+之后導(dǎo)帶越過費(fèi)米能級(jí)，與價(jià)帶發(fā)生重疊，費(fèi)米能級(jí)附近禁帶消失，使得摻雜Fe3+、Co2+后的NaTaO3具有金屬性質(zhì)，不利于光催化