五氧化二铌光催化剂的制备及其光催化性能

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.230222

摘要/Abstract

摘要：

为提升五氧化二铌（Nb₂O₅）光催化剂在实际应用中的光催化性能，提出五氧化二铌光催化剂的制备及其光催化性能研究。首先，制备五氧化二铌纳米颗粒、五氧化二铌纳米棒和五氧化二铌纳米线，分别标记为Nb₂O₅-1、Nb₂O₅-2和Nb₂O₅-3，并分别暴露在罗丹明B溶液和亚甲基蓝溶液中。然后，使用X射线衍射仪对处理前后的样品进行表征，观察其晶体结构和晶体形貌的变化；使用透射电子显微镜对样品进行观察，分析其形貌、尺寸和分散性，以及有机染料的吸附情况；使用光谱仪进行紫外-可见吸收光谱分析，观察有机染料在样品表面的吸附情况和能带结构变化。最后，通过一定的光源照射并监测有机染料的降解速率等参数，评估样品在不同有机染料环境下的光催化性能。实验结果表明，Nb₂O₅-2和Nb₂O₅-3结晶程度较高且为正交相结构，说明该催化剂具有优越的光催化性能和稳定性； Nb₂O₅-2和Nb₂O₅-3表征颗粒较为明显，颗粒之间团聚程度高，纳米晶在高温环境下表现为亚稳相状态，光催化活性较高； Nb₂O₅-2和Nb₂O₅-3分别在亚甲基蓝溶液和罗丹明B溶液内时，二者可有效降低溶液的吸光值，Nb₂O₅-2对亚甲基蓝溶液和罗丹明B溶液的催化降解率最大，光催化作用较强。

关键词: 五氧化二铌, 光催化剂, 罗丹明B溶液, 亚甲基蓝

Abstract:

To improve the photocatalytic performance of niobium pentoxide photocatalyst in practical applications， a study on the preparation and photocatalytic performance of niobium pentoxide photocatalyst is proposed. Firstly， niobium pentoxide nanoparticles， niobium pentoxide nanorods， and niobium pentoxide nanowires were prepared， labeled as Nb₂O₅-1， Nb₂O₅-2， and Nb₂O₅-3， and exposed to rhodamine B solution and methylene blue solution， respectively. Then， the samples before and after treatment were characterized using an X-ray diffractometer to observe the changes in their crystal structure and morphology； Observe the sample using a transmission electron microscope to analyze its morphology， size， dispersibility， and adsorption of organic dyes； Use a spectrometer for UV visible absorption spectroscopy analysis to observe the adsorption and band structure changes of organic dyes on the sample surface. Finally， evaluate the photocatalytic performance of the sample in different organic dye environments by irradiating it with a certain light source and monitoring parameters such as the degradation rate of organic dyes. The experimental results show that Nb₂O₅-2 and Nb₂O₅-3 have a high degree of crystallization and an orthogonal phase structure， and have superior photocatalytic performance and stability； The characterization particles of Nb₂O₅-2 and Nb₂O₅-3 samples are more obvious， with a high degree of agglomeration between the particles. The nanocrystals exhibit a metastable phase state in high temperature environments and exhibit higher photocatalytic activity. When Nb₂O₅-2 and Nb₂O₅-3 are in methylene blue solution and rhodamine B solution， respectively， they can effectively reduce the absorbance of the solution. Nb₂O₅-2 has the highest catalytic degradation rate and strongest photocatalytic effect on methylene blue solution and rhodamine solution.

Key words: Niobium pentoxide, Photocatalyst, Rhodamine B, Methylene blue

中图分类号:

O614

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图/表 8

图1 Nb2O5-1（a）、Nb2O5-2（b）和Nb2O5-3（c）的XRD谱图

Fig.1 XRD spectra of Nb2O5-1 （a）， Nb2O5-2 （b） and Nb2O5-3 （c）

图2 Nb2O5-1（A）、Nb2O5-2（B）和Nb2O5-3（C）的XPS图像

Fig.2 XPS image of Nb2O5-1 （A）， Nb2O5-2 （B） and Nb2O5-3 （C）

图3 Nb2O5-1（A）、Nb2O5-2（B）和Nb2O5-3（C）的SEM图像

Fig.3 SEM image of Nb2O5-1 （A）， Nb2O5-2 （B） and Nb2O5-3 （C）

图4 Nb2O5-1在亚甲基蓝溶液（A）和罗丹明B溶液（B）中的光催化吸收谱图

Fig.4 Photocatalytic absorption spectra of Nb2O5-1 in methylene blue solution （A） and rhodamine B solution （B）

图5 Nb2O5-2在亚甲基蓝溶液（A）和罗丹明B溶液（B）中的光催化吸收谱图

Fig.5 Photocatalytic absorption spectra of Nb2O5-2 in methylene blue solution （A） and rhodamine B solution （B）

图6 Nb2O5-3在亚甲基蓝溶液（A）和罗丹明B溶液（B）中的光催化吸收谱图

Fig.6 Photocatalytic absorption spectra of Nb2O5-3 in methylene blue solution （A） and rhodamine B solution （B）

表1 不同Nb2O5对不同有机染料溶液的降解率

Table 1 Degradation rate of different organic dye solutions by different Nb2O5

Solution	Catalytic time/min	Degradtion rate/%
Solution	Catalytic time/min	Nb₂O₅?1	Nb₂O₅?2	Nb₂O₅?3
Methylene blue solution	30	8.24	15.9	14.7
	60	10.9	31.7	29.7
	90	13.4	44.5	42.5
	120	15.7	60.7	55.9
	150	16.1	81.4	79.4
	180	17.5	94.2	85.6
Rodamine B solution	30	6.99	13.9	11.5
	60	8.24	28.7	24.7
	90	11.4	42.9	37.6
	120	12.4	59.8	46.5
	150	14.5	75.8	69.7
	180	16.1	83.4	78.6

图7 3种样品对亚甲基蓝溶液（A）和罗丹明B溶液（B）污染物的降解曲线图

Fig.7 Degradation curves of pollutants in methylene blue solution （A） and rhodamine B solution （B） of three samples

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