基于Ta2O5納米纖維原位構筑異質結納米復合光催化劑用于光催化產氫.pdf

1、異質結構復合半導體材料一般由具有不同能帶結構的兩種或兩種以上半導體材料組成。它既能保留原單相材料的性能，又由于異質界面而能表現出特殊的優(yōu)異性能，如增強的光學、電學或磁學性能等，在催化、生物醫(yī)藥、熱電器件等領域有著廣闊的應用前景。鉭基異質結復合材料由于具有載流子定向輸運特性以及優(yōu)異的還原性，在光催化產氫領域有潛在的重要應用。然而，現有鉭基異質結復合光催化劑多采用溶膠-凝膠或共沉淀法制備，往往存在較多的缺陷和較大的界面電阻，從而影響了異質界

2、面間的電荷分離與傳輸。因此通過簡單的方法可控合成具有優(yōu)異界面的鉭基異質結構仍面臨著艱巨的挑戰(zhàn)。為此，本學位論文通過調控Ta2O5的刻蝕速率與異質結構第二相的生成速率發(fā)展鉭基異質結構的原位外延生長技術，構筑了界面晶格匹配的NaTaO3/Ta2O5和Ta3O7F/Ta2O5異質多孔納米纖維，測試了其光解水產氫性能并討論了影響因素。取得的主要研究結果如下：
　　（1）在溶劑熱條件下，通過改變反應體系中NaOH濃度，可以有效調控Ta2O5

3、多孔納米纖維的刻蝕速度并控制在Ta2O5多孔納米纖維表面生長NaTaO3納米方塊的速率，原位構筑出界面缺陷少，界面電阻小的NaTaO3/Ta2O5異質納米結構復合纖維材料。詳細考察了反應時間、溶劑種類以及溶液濃度對前驅體刻蝕和第二相成核生長速率的影響，深入研究了該外延生長異質結構的結構演變規(guī)律與結構控制機理。發(fā)現這種外延生長型異質納米結構復合纖維相對于單相納米材料，不僅吸收光譜有明顯的紅移，而且光催化產氫活性明顯提高，且當NaTaO3含

4、量為69％時光催化產氫活性達到最高活性（31.5μmol/h/0.02 g），是純Ta2O5的3倍，是NaTaO3納米纖維的10.5倍。這主要是歸功于在Ta2O5和NaTaO3之間形成了外延生長型異質結有利于光生載流子的界面電荷轉移，能有效抑制光生電子空穴對的再復合。
　?。?）以HF為刻蝕劑，Ta2O5多孔納米纖維為原料，在乙酸溶劑中原位構筑了外延生長型Ta3O7F/Ta2O5異質納米結構復合纖維材料。在這種刻蝕-生長同步制備技

5、術中，形成外延生長型異質結構的關鍵是選用乙酸控制反應體系中HF的解離，從而控制HF對Ta2O5多孔納米纖維的刻蝕速率，和HTaF6的形成速率和水解生成Ta3O7F顆粒的成核生長速率。這進一步證實了刻蝕-生長同步技術制備外延生長異質結構復合材料的關鍵是使前驅體的刻蝕速率與第二相的生長速率相匹配，從而能使第二相物質在前驅體表面異相成核并沿著晶格最匹配的方向外延生長。相對于純相的Ta2O5多孔納米纖維，制得的Ta3O7F/Ta2O5異質結構多