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层状复合半导体催化剂由于其独特的结构特征和其在太阳能转化及环境净化方面的广泛应用引起了人们越来越大的关注。该复合催化剂具有多孔构造和高的比表面积，同时由于主体和客体之间有效的电子-空穴分离而具备高的催化效率。
本论文通过高温固相法合成具有层状结构的主体半导体材料KNbTiO5和KNb3O8，并通过离子交换、剥离等方法对层状材料进行改性，同时通过不同的方法制备客体纳米半导体材料，采用剥离-重组的方法对主体—客体半导体材料进行复合，构建层状复合铌基催化剂。利用X-射线粉末衍射(XRD)、紫外可见光漫反射光谱(UV-visDRS)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、热分析(TG-DTA)等物理化学测试手段对催化剂进行表征。采用紫外和红外光谱技术考察了该催化剂降解甲基蓝和降解有机硫化物的光催化氧化性能。
研究结果表明:高温固相法合成的主体半导体材料KNbTiO5和KNb3O8具有明显的层状结构且晶形完整。经过改性后的主体材料HNbTiO5和HNb3O8，层间距发生变化。通过Fe(OH)3复合的HNbTiO5和HNb3O8催化剂，扫描电镜显示其在形貌上保持了良好的层状结构，XRD结果表明主晶面的衍射峰向低角度偏移，说明复合后的样品，由于客体半导体纳米粒子的插入，层间距增大。对于Fe2O3柱撑后的HNbTiO5和HNb3O8，XRD结果显示主晶面向低角度移动，层间距增大。
在自然光条件下，HTiNbO5-Fe(OH)3作为催化剂有很高的降解亚甲基蓝的活性，在一定的范围内，增加催化剂的用量可以显著的提高降解率，当催化剂用量达到0.5mg.L-1时，降解率可以达到91.4％，亚甲基蓝基本上已经完全降解。
在静态条件下，KTiNbO5和KNb3O8表面吸附乙硫醇很弱，所以在紫外光的照射下的红外谱图和吸附的谱图相似，没有出现乙硫醇的吸收峰。而对于HTiNbO5-Fe(OH)3和HNb3O8-Fe(OH)3，乙硫醇在其表面具有很强的吸附能力，在可见光的照射下，即可被氧化，生成了亚磺酸，在紫外光辐射时，红外谱图出现了一个新的吸收峰，归属为亚硫酸酯的吸收峰。对于HNb3O8-Fe2O3和HTiNbO5-Fe2O3乙硫醇在其表面有一定的吸附能力，在可见光照射下，即可被氧化为亚磺酸和亚硫酸酯。紫外可见光辐射下的红外谱图和可见光下的谱图几乎一致，说明该复合催化材料在可见光下已经具备较强的催化活性。
通过剥离-重组的技术可以制备的具有层状结构的复合催化材料，由于主体和客体之间有效的电子耦合，带隙较窄，且抑制了电子和空穴的复合，因此可以吸收可见光并具有很高的量子效率和催化活性。这些多孔的复合材料在可见光下在降解亚甲基蓝和吸附和光催化氧化乙硫醇上都显示了较高的催化活性。可以通过调变不同的主体和客体材料，设计不同的催化材料，建立不同的半导体-半导体复合模型，使其对某些特定的反应具有高的催化活性，这为设计和催化剂的组装奠定了一定的基础。