钽基氮氧化物膜的制备及其可见光光催化性能研究

开发新型可见光响应的光催化材料对解决水体污染问题具有重要的科学意义和实用价值。本项目拟采用两步法合成具有纳米结构的钽基氮氧化物膜可见光光催化剂，并对其光催化性能进行研究。首先，利用阳极氧化或化学气相沉积等技术，制备具有纳米结构的氧化钽薄膜；再通过高温氮化反应得到钽基氮氧化物膜。通过改变薄膜的制备条件及氮化反应条件，来获得具有良好可见光吸收特性的新型薄膜光催化剂；利用各种表征手段，对其进行表面、结构及光电化学性质的表征；通过贵金属沉积或施加偏压等方法来提高所制备催化材料的可见光光催化活性。另外，以染料、苯酚或氯代苯酚等难生物降解的有毒有机污染物为目标化合物，系统考察钽基氮氧化物膜在不同反应条件下的光催化活性和污染物降解动力学，并揭示降解机理。本项目不仅可为制备具有可见光响应、可重复使用的环境友好型光催化材料提供新方法，也可为开发难生物降解有机污染废水新处理技术提供参考。

可见光光催化剂的开发在水处理领域中具有重要的科学意义和实用价值。本项目首先利用阳极氧化技术，制备了具有珊瑚状纳米结构的氧化钽光催化剂，对其光催化性能进行测试研究，结果表明具有纳米结构的光催化剂水处理效果提高显著；在此基础上，本项目还利用阳极氧化技术，制备了纳米管状氧化钽薄膜，进一步改善了光催化剂的表面形貌，经过高温氮化反应制备得到了具有可见光响应能力的氮氧钽纳米管光催化剂，光吸收边带较氧化钽红移约180 nm。光催化实验中，以苯酚为目标化合物，考察了光催化剂的催化活性和苯酚的降解动力学。同时研究了氮氧钽在光电催化方法中的应用，即通过施加偏压的方法来提高其光催化活性，结果显示可见光条件下，氮氧钽的光催化效果显著提高，苯酚去除动力学常数提高了2.2倍。本项目研究成果可为开发难生物降解有机废水处理技术提供参考。