劉艷鳳 賈相華 左桂鴻 王 丹 張慧霞 祝 強(qiáng)

（牡丹江師范學(xué)院，黑龍江 牡丹江157000）

鈮酸鉀由于其優(yōu)良的非線性光學(xué)、壓電、鐵電、光催化等特性，在光波導(dǎo)、存儲(chǔ)和光催化中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，受到越老越多的關(guān)注。同時(shí)，鈮酸鉀屬于鈣鈦礦型氧化物，具有容易制備，低毒性，在光輻射下高穩(wěn)定的特點(diǎn)，是一種環(huán)境友好型材料，非常有利于作為光催化劑進(jìn)行應(yīng)用。因此，在近些年，將鈮酸鉀作為光催化劑的研究領(lǐng)域出現(xiàn)了大量的探索。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鈮酸鉀晶體的形貌能影響光催化性能，合成具有活性暴露的鈮酸鉀晶體對(duì)光催化性能的提高有顯著作用。

1 鈮酸鉀晶體的制備

鈮酸鉀晶體的合成對(duì)已有文獻(xiàn)進(jìn)行了改進(jìn)。本實(shí)驗(yàn)用水熱合成法以高純度的氫氧化鉀和五氧化二鈮為原料，采用SDS 十二烷基磺酸鈉為表面活性劑，加入純凈水混合，置于50ml 的特氟龍沉底中，密封在反應(yīng)釜里，分別在140℃、150℃、155℃、170℃條件下反應(yīng)10h，反應(yīng)結(jié)束后，對(duì)得到樣品采用超純水和乙醇采用多次洗滌后，在60℃環(huán)境下干燥12h，成功制備了鈮酸鉀晶體粉末。

2 鈮酸鉀晶體結(jié)構(gòu)的表征分析

2.1 光催化劑的XRD 表征

圖1 采用水熱合成法在不同反應(yīng)溫度下合成的鈮酸鉀光催化劑的XRD 譜圖

采用日本生產(chǎn)的X-ray 粉末衍射儀進(jìn)行測量，對(duì)合成的鈮酸鉀樣品進(jìn)行表征。如圖1 所示。實(shí)驗(yàn)表明，不同溫度下反應(yīng)合成的鈮酸鉀晶體X 射線譜圖相應(yīng)的衍射峰很好地說明了合成出較高純度的鈮酸鉀正交相的樣品，給出了實(shí)驗(yàn)合成樣品的純度信息，表明所得到的鈮酸鉀樣品是純凈的正交相。

2.2 光催化劑的SEM表征

圖2 不同溫度下合成的鈮酸鉀樣品的SEM 照片（a）140℃，（b）150℃，（c）155℃，（d）170℃，

所得到的樣品形貌以及結(jié)晶度利用掃描電鏡進(jìn)行表征，如圖2 所示。對(duì)鈮酸鉀晶體來說，掃描電鏡照片顯示了不同溫度下合成的鈮酸鉀樣品形貌，較規(guī)則有序，分散性較差且易團(tuán)聚，顆粒直徑約為2μm，少部分團(tuán)聚顆粒類似六八面體，其尺寸大小處在2-3μm，形狀較規(guī)則。圖2（b）顯示，140℃溫度下生成的所有樣品都呈現(xiàn)出表面光滑，形貌規(guī)整，且為六八面體，而且整個(gè)樣品產(chǎn)率較高，結(jié)晶程度好，說明高濃度的水熱體系特別適合六八面體鈮酸鉀顆粒生長。

3 甲基藍(lán)溶液的光催化特性

圖3 合成樣品對(duì)甲基藍(lán)溶液的可見光催化活性分析

樣品的光催化活性由甲基藍(lán)溶液的光降解效果評(píng)價(jià)。將50mg 的鈮酸鉀樣品加入到盛有50ml 甲基藍(lán)溶液（濃度為0.01mmol/L）的100ml 圓底燒瓶中，在25℃水中超聲分散10 分鐘。然后將燒瓶放在暗處進(jìn)行磁力攪拌，攪拌大于12 小時(shí)達(dá)到染料的吸附- 脫附平衡。在鈮酸鉀晶體粉末講解染料太陽光照射實(shí)驗(yàn)中，固定間隔的時(shí)間點(diǎn)，每次用移液槍取3.5ml，利用紫外- 可見光分度計(jì)測量該溶液的吸光度。

結(jié)果表明，不同溫度下合成的鈮酸鉀樣品對(duì)甲基藍(lán)光催化講解有不同的影響，140℃下合成的樣品在太陽光照射20min后，甲基藍(lán)染料分子結(jié)構(gòu)中主要的雜環(huán)和芳環(huán)已經(jīng)被破壞了，因此該條件下合成的鈮酸鉀晶體具有最高的降解率。圖3 可知，在可見光照射20min 后甲基藍(lán)溶液濃度略有變化，只是少部分甲基藍(lán)溶液被降解，其降解率約為13%。鈮酸鉀在30 分鐘時(shí)降解率達(dá)到50%左右，而且六八面體微米級(jí)鈮酸鉀降解率在66～81 內(nèi)，并且隨著濃度增加，其光催化活性先增強(qiáng)后下降。在光照90min 時(shí)，甲基藍(lán)溶液幾乎完全褪色，降解率達(dá)到99%，而相同條件下反應(yīng)液濃度較小的鈮酸鉀顆粒的降解率僅為25%。通常，鈮酸鉀活性受到晶型、晶格缺陷、晶粒尺寸、比表面積以及電子與空穴的分離效率等因素的影響。

造成這種現(xiàn)象的原因可能為：在溫度較低時(shí)，生成的鈮酸鉀晶體顆粒不是很完整，存在較多的無定形相和缺陷，使得電子和空穴分離機(jī)會(huì)變大。而且，溫度較低時(shí)，晶粒尺寸較小，存在較大的比表面積，使其發(fā)生光催化反應(yīng)的有效面積變大，從而提高光催化效率。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)研究不同溫度下，水熱合成純度較高的鈮酸鉀晶體樣品。實(shí)驗(yàn)表明，反應(yīng)溫度對(duì)晶體形貌和光催化性能有很大影響。合成的樣品粒徑為的正交相的鈮酸鉀粉體，結(jié)構(gòu)更為有序，規(guī)則，且140℃環(huán)境下合成樣品在太陽光下對(duì)甲基藍(lán)溶液具有較高的降解速率。