论文部分内容阅读
由于面临严重环境污染和能源危机问题,开发清洁能源的需求持续上升。利用半导体的光催化作用将水分解为氢和氧,将太阳能转变为化学能,受到各国科学家的高度关注。如果能够提高太阳光分解水产氢产氧的效率,不仅可减少化石燃料的消耗,而且降低了对环境的污染。由于光解水是一个多步而又复杂的反应,只有少部分的光催化剂可实现可见光下同时产氢产氧,所以很多研究者尝试提高其半反应效率。双层钙钛矿结构的Ca2NiW06是一类新型光催化材料,具有较好的可见光光活性,近年来已发展成为光催化领域的一个研究热点。本论文采用传统固相合成法制备了一系列不同浓度Mo6+掺杂的Ca2NiW1-xMoxO6催化剂,通过实验和理论计算结果的结合分析,详细探究了 Mo6+掺杂对Ca2NiW06光催化剂反应活性的影响机制,本论文的主要研究工作和结论如下:(1)利用固相合成法合成C 2NiW1-xMoxO6(x= 0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05)系列掺杂样品。采用XRD、XAFS、SEM、XPS、UV-visDRS等技术研究了 Mo6++离子对Ca2NiW06的物理光学性能的影响。表征结果显示,Mo6+离子取代了晶格中W6+离子的位置,增强了对可见光的吸收,同时形成了一定的氧空位,但对粒子晶体结构和形貌没有明显的影响。(2)通过可见光下的光解水产氧活性测试,对掺杂样品的活性进行表征。测试结果表明,掺杂的样品比未掺杂样品活性高,其中Ca2NiW0.97Mo0.03O6样品的产氧速率最高,是未掺杂Ca2NiWO6样品的2倍左右。结合态密度泛函理论计算,探究了 Mo6+离子对Ca2NiWO6电子结构的影响。Mo6+掺杂导致了 Ca2NiWO6能带发生变化:带隙变窄,导带底更正,而价带位置未变化。所以,Ca2NiW1xMoxO6在可见光下的光催化产氧活性明显提高。但当Mo6+浓度过高时,Ca2NiW1-xMoxO6晶格畸变加剧,缺陷过多形成复合中心,导致载流子复合几率增大,从而使得光催化产氧活性下降。通过这一工作,表明了掺杂是提高双层钙钛矿结构半导体在可见光下光催化产氧活性的有效方法之一。