可见光响应的LaVO4/C3N4纳米管的合成、表征及对RHB的光催化性能

可见光响应的LaVO4/C3N4纳米管的合成、表征及对RHB的光催化性能

姬建堂

辽宁师范大学辽宁大连116029

摘要：通过水热方法合成了可见光响应的LaVO4/C3N4纳米管，采用XRD，TEM，DRS，SEM，FT-IR，对样品进行了表征．以RHB为典型污染物，研究了制备样品在可见光（λ＞420nm）条件下的光催化性能．实验结果表明，LaVO4的复合使C3N4的粒径减小，比表面积增大，光响应范围向可见光偏移．光催化实验结果表明，在可见光条件下，LaVO4/C3N4纳米管降解RHB的效率比其它样品高，与纯C3N4纳米管相比，降解效率有了显著提高了．

关键词：RHB；LaVO4/C3N4纳米；水热法；光催化

光催化氧化技术可以完全将污染物转化为二氧化碳和水，并且反应条件温和，能耗低，因而成为环境污染控制领域的研究热点［1，2］．在众多的光催化剂中，C3N4由于具有无毒、低廉、抗腐蚀性强等优点而成为光催化技术应用研究最广泛的光催化剂之一［1，3，4］．但由于C3N4是一种宽带半导体，只能吸收太阳光中的紫外光（λ＜380nm），从而减少了对太阳光谱中可见光的利用．另外，传统的C3N4还存在着在光激发过程中产生的电子-空穴复合较高的问题．因此，如何进一步提高C3N4的可见光响应并降低C3N4的电子-空穴复合效率，是C3N4光催化剂研究领域的关键问题［5］．纳米结构，可以使TiO2具有较大的比表面积，从而具有较高的吸附能力．在众多的纳米管制备方法中，焙烧法可以制备管径较小的粉体TiO2，而且制备过程简单易行因此成为制备C3N4纳米管最常用的方法．同时，以往研究［8，9］表明，通过与窄带半导体复合或表面微扰及在分子水平上调控催化剂的结构，可大幅度提高C3N4对可见光的响应并减小光生载流子的复合几率．近些年，LaVO4作为一种窄带半导体，由于具有较好的催化性能以及对可见光的响应而受到广泛关注［10，11］。

1实验部分

1.1试剂与仪器

偏钒酸氨、氢氧化钠、硝酸镧、无水乙醇均为分析纯，水为去离子水．

LabX-6000型X射线粉末衍射仪（日本岛津公司），CuKα射线，λ=0.15406nm，扫描范围20°～80°，扫描速率0.04°/s；JEM-2010型透射电子显微镜（日本JEOL公司）；；500W氙灯（上海蓝晟电子有限公司）。

1.2实验过程

首先，将6.5mmolNaOH与6.5mmolNH4VO3加入到10mL水中，配成NaVO3溶液．然后加入13mL0.5mol/L的La（NO3）3，搅拌10min后移入100mL反应釜中，于200℃下反应48h．冷却后用无水乙醇和去离子水清洗得到LaVO4．然后将一定质量的LaVO4（0.016，0.035，0.048，0.065，0.075，0.086）溶解在2ml的无水乙醇中，将2g的三聚氰胺加入其中，并且通过超声分散5min，溶解液在85度下经过一夜将乙醇蒸发，最后将混合物放置于坩埚中，以20度每分钟的速率上升至500度，并保持2小时，然后再上升至520度保持2小时。纯C3N4为5g三聚氰胺于氧化铝坩埚中，然后放入马弗炉中，以5°C∙min-1的升温速率升至550°C，保温2h，然后冷却至室温.将得到的黄色固体置于玛瑙研钵中研磨，得到的黄色粉末为块状g-C3N4

2结果与讨论

2.1晶体结构表征

上图为g-C3N4，LaVO4，m-LaVO4/g-C3N4样品的XRD谱图，对于g-C3N4，2θ为27.4°和13.1°处的衍射峰可对应g-C3N4的（002）和（100）晶面，这与之前g-C3N4的报道一致。对于LaVO4，2θ为24.56°，26.28°，27.86°，29.06°，30.18°，32.92°，35.23°，40.56°，45.08°，46.63°，处的衍射峰分别对应LaVO4的（111），（200），（120），（201），（-112），（-202），（-212），（-103），（212），（-132）晶面，表明LaVO4具有单斜晶型（JCPDSNo．50-0367），无其他杂峰的存在，表明所制备样品的纯度较高。m-LaVO4/g-C3N4样品的XRD谱图中显示出两种物质共存的状态。随着LaVO4载入量的增加，复合样品的晶象衍射峰的峰值强度也会出现相应变化，并且样品的衍射峰非常的尖锐也说明样品的结晶性比较好。通过Scherrer公式，依据最强晶面（120）计算得到m-LaVO4/g-C3N4的平均晶粒尺寸约为28nm。

2.2红外表征

图为g-c3n4，Lavo4，Lavo4/g-c3n4的FT-IR谱图，对于纯g-c3n4，它的典型特征峰出现在808，1245，1322，1574，1633和3294cm-1处。808-1cm处的吸收峰归属于三嗪环的特征振动峰，1245和1574cm-1处的特征峰归属于碳氮杂环中C-N的伸缩振动。1322cm-1和1633cm-1处的振动峰分别归属于C-N和C=N的伸缩振动模式。3294cm-1处的宽峰则归属于NH2或者N-H的伸缩振动峰。对于纯Lavo4，440cm-1处的特征峰归属于La-o弯曲振动峰，而对于780，785，802，813，820，825，835，844和850cm-1处的吸收峰则归属于VO43-伸缩振动峰。对于Lavo4/g-c3n4，所有Lavo4/g-c3n4的FT-IR谱图都和g-c3n4相似，然而在440cm-1，Lavo4的特征峰还是比较明显的，这是由于La-o弯曲振动峰模式。而且随着Lavo4载入量的增加1245，1322，1574和1633cm-1处的特征峰也会出现不同的变化。这与XRD的结果是一致的。这进一步证明了复合催化剂制备的成功

2.3紫外表征

图5a为纯C3N4纳米片，LaVO4和复合催化剂的紫外-可见漫反射光谱图.从图中可以看出，C3N4纳米片和LaVO4均在可见光区有吸收，C3N4的吸收带边为441nm，LaVO4的吸收带边为380nm，复合催化剂的吸收边则位于C3N4和LaVO4的值之间.以（αhν）2对hν作图（图5b），得到C3N4纳米片和LaVO4的禁带宽度分别为2.81和2.13eV.

2.4形貌表征

图为C3N4以及LaVO4/C3N4纳米管样品的SEM照片．由图可以看出，C3N4具有雾状结构。LaVO材料具有典型的棒状形貌，其纳米管直径可以达到50～350nm，管长可以达到几微米．

2.5催化剂活性

LaVO4/C3N4光催化剂对罗丹明B染料（20mg•L－1）的可见光催化降解作用如图。由图可明显看出，在4号样品，LaVO4/C3N4复合光催化剂具有较强的催化性能，而随着LaVO4掺杂量的增加，催化剂的活性呈现出先上升后下降的趋势。同时，由于LaVO4的掺杂，使得C3N4具有较大的比表面积，从而为反应提供更多的活性位。但掺杂过多的LaVO4则会加速电子－空穴的复合，反而降低了催化能力。

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