共摻雜型二氧化鈦可見光催化劑的制備、表征及其催化性質的研究.pdf

1、太陽能的利用，環(huán)境污染的控制與治理是人類面臨和亟待解決的重大課題。二氧化鈦光催化劑是具有代表性的一種n型半導體氧化物，廣泛應用于氣相及水溶液中有機污染物的降解、除臭、自潔殺菌以及光電轉換等領域。但是二氧化鈦的禁帶較寬(銳鈦礦的Eg≈3.2 eV)，光催化吸收僅限于紫外光區(qū)，而太陽能中紫外光的含量僅僅占3％-5％。因此，通過修飾或改性使得二氧化鈦響應長波長的可見光部分，高效利用太陽能來解決環(huán)境和能源問題已成為二氧化鈦光催化研究領域的一大熱

2、點。 本論文工作以具有可見光催化活性的共摻雜型二氧化鈦納米材料為主要研究對象。主要是利用溶膠一凝膠法并結合其他一些輔助手段制備出金屬或非金屬共摻雜的二氧化鈦光催化劑，提高其在可見光區(qū)域降解污染物的光催化性能。 (1)利用溶膠．凝膠法制備出氮氟共摻雜的二氧化鈦納米粉體。與其他制備氮氟共摻雜納米二氧化鈦的方法相比，本方法具有耗能低、操作簡單易行、摻雜離子分布均勻等優(yōu)點。實驗結果表明，在Ti：F摩爾比為1：1.8、500度煅燒

3、條件下制備得到的銳鈦礦型氮氟共摻雜二氧化鈦光催化劑的催化活性最佳，在可見光區(qū)降解亞甲基蘭污染物的效果最好。通過X射線電子能譜(XPS)等表征，二氧化鈦所表現(xiàn)出的可見光催化活性與氮和氟共摻雜所形成協(xié)同效應有關，但是關于元素共摻雜的協(xié)同機理目前還處于探討階段。 (2)以吡啶、硫脲等為碳源；Bi(NO<,3>)<,2>·5H<,2>O為鉍源，成功制備出鉍碳共摻雜二氧化鈦光催化劑。分別用紫外．可見漫反射光譜(UV-vis)、X射線衍射光

4、譜(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)和N<,2>吸附-脫附平衡等溫曲線(BET)等對樣品進行了結構方面的表征，并在可見光條件下考察了其對靛紅溶液的催化降解作用。光催化性能評價結果顯示，以吡啶為碳源、結合溶膠．凝膠法和高溫陳化法、鈦和吡啶摩爾比為1：6、500度煅燒條件下所得到的鉍碳共摻雜二氧化鈦催化劑的催化活性最佳；而以硫脲為碳源，利用溶膠．凝膠法制備的鉍碳共摻雜二氧化鈦納米粉體在可見光條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能，50分鐘可100

5、％降解20 mg/L靛紅溶液，后續(xù)的表征和催化研究等大量工作還在進行中。 本論文采用溶膠－凝膠法制各出了兩種金屬或非金屬共摻雜的二氧化鈦納米粉體，并系統(tǒng)研究了這兩種粉體材料的制備過程以及結構與性能的關系。元素共摻雜可以充分利用兩種元素的特點及其協(xié)同作用，在較大程度上提高二氧化鈦的光催化性能。雖然共摻雜的協(xié)同效應機理還沒有統(tǒng)一具體的說法，但我們制備共摻雜樣品所使用的溶膠．凝膠法，必將為其他金屬或非金屬摻雜或共摻雜二氧化鈦光催化劑的