崔华楠
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石建英
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刘鸿
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60858-0
分别采用NaBiO3和Bi(NO3)3为Bi源制备了Bi掺杂NaTaO3光催化剂，研究了Bi离子的价态对NaTaO3光催化分解水制氢性能的影响.采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见吸收光谱研究了催化剂的晶体结构、Bi离子的化学状态和催化剂的光学吸收性能.以光催化分解水制氢反应研究了Bi离子掺杂NaTaO3的催化性能. XRD结果表明，对于两个不同Bi源掺杂的NaTaO3样品， Bi离子的掺杂没有改变催化剂的单斜相结构，但拉曼光谱证实Bi离子的掺杂致使Ta–O–Ta键角偏离了180o. XPS结果表明，以Bi(NO3)3为Bi源时， Bi离子以Bi3+掺杂于NaTaO3的A位；当以NaBiO3为原料时， Bi3+和Bi5+共掺杂于NaTaO3的A位.两种不同Bi源掺杂得到的样品在紫外-可见吸收光谱中给出了相似的光学吸收，但Bi3+的掺杂对NaTaO3光催化性能影响不大，而Bi3+和Bi5+共掺杂大大提高了NaTaO3的光解水制氢性能. Bi离子取代Na离子在A位的掺杂，在NaTaO3结构中引入了能够促进载流子分离的空位和缺陷；与此同时， Bi的掺杂导致Ta–O–Ta键角偏离180o而不利于载流子迁移.对于Bi3+掺杂的NaTaO3样品，这两种作用相互抵消，使得其催化性能与NaTaO3相比没有变化；而Bi3+和Bi5+的共掺杂和高价态Bi5+的掺杂引入了更多的空位和缺陷，提高了光生电子-空穴的分离效率，从而提高了光催化产氢性能.研究表明，光催化过程中载流子的迁移是影响催化性能的重要因素，而在ABO3钙钛矿结构的A位引入高价态离子是促进光生载流子分离的有效途径.
关键词:
光催化剂
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钽酸钠
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Bi掺杂
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化学价态
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水分解
