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 ＞ 420 nm）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 ＜ 380 nm），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），Cu Kα 射线，λ = 0.15406 nm，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）；；500 W 氙灯（上海蓝晟电子有限公司）。
1.2 实验过程
首先，将 6.5 mmol NaOH 与 6.5 mmol NH4VO3 加入到 10 mL 水中，配成 NaVO3 溶液． 然后加入 13 mL 0.5 mol /L 的 La（NO3）3，搅拌 10 min 后移入 100mL 反应釜中，于 200 ℃ 下反应 48 h． 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 5 g 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 2 h，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（JCPDS No． 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1574 cm-1处的特征峰归属于碳氮杂环中C-N的伸缩振动。1322 cm-1和1633 cm-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 441 nm，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 2.13 eV.
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 ～ 350 nm，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（20 mg•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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论文作者:姬建堂
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/18
标签：可见光论文; 催化剂论文; 样品论文; 表征论文; 纳米论文; 空穴论文; 乙醇论文; 《基层建设》2018年第32期论文;