非金屬自摻雜(S,C)-TiO2的制備與光催化性能研究.pdf

1、隨著人類社會的不斷發(fā)展，能源稀少和環(huán)境污染問題越來越嚴重。太陽能光催化技術在污染物降解和太陽能燃料電池等方面的廣泛應用，在科研和工業(yè)應用領域都備受關注。在眾多光催化材料中，二氧化鈦(TiO2)由于其生產成本低、無毒性和高穩(wěn)定性等優(yōu)點被應用于眾多領域。然而，TiO2的帶隙相對較寬(銳鈦礦型：3.2 eV，金紅石型：3.0 eV)，限制了它在可見光區(qū)的應用。為了提高其可見光光催化性能，人們對其進行了各種改性研究。
　　本論文主要開展了

2、燒結法和水熱法實現非金屬自摻雜(C,S)-TiO2的研究，并通過X射線粉末衍射儀(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、紫外可見分光光度計(UV-vis)、激光拉曼(Raman)等多種表征手段對摻雜后TiO2的晶體結構、元素成分和化合態(tài)、光學性質以及表面形貌特征等進行了表征，同時研究了自摻雜型光催化劑的光催化降解能力。并對有關反應機理進行了詳細的分析討論。研究結果如下所述：
　　

3、(1)以 TiS2和 TiC為前驅體采用燒結法分別在空氣中高溫煅燒合成非金屬自摻雜 S-TiO2和C-TiO2粉體，并探討了其最佳的制備條件。選取羅丹明B為光催化降解目標，測定了所制備樣品對羅丹明B溶液的光催化降解效率約為60％。然而，這種方法制備的光催化劑顆粒較大，不容易得到分散均勻的高比表面積光催化劑，且高溫不利于摻雜原子保持在二氧化鈦晶格中，難以獲得最佳催化效果。
　　(2)采用水熱法通過在較低溫度下水熱氧化 TiS2獲得了

4、具有較高光催化性能的非金屬自摻雜S-TiO2納米光催化劑。一方面，較低的反應溫度提供了溫和的反應環(huán)境，以保持在氧化過程中獲得更高的摻雜濃度。另一方面，自摻雜避免了其他前驅體作為摻雜源，且摻雜元素可保留在TiO2晶格中的氧位置，為提高TiO2的可見光催化性能提供了必要條件。是一種簡單有效的實現非金屬自摻雜TiO2的方法。水熱法制備的TiO2納米粒子具有良好結晶度，與傳統(tǒng)燒結法相比，該方法操作簡單、設備要求低且綠色環(huán)保。所制備的樣品對羅丹明

5、B光催化降解效率可達80％左右，較其它方法所制備的TiO2催化劑具有更高催化活性。
　　(3)采用水熱法在硝酸條件下水熱氧化TiC獲得了具有較高光催化性能的非金屬自摻雜C-TiO2納米光催化劑。形成的空心微球結構使其具有較大的比表面積，更能充分的進行光催化反應。所制備的樣品對羅丹明B光催化降解效率可達60％左右，較其它方法所制備的TiO2催化劑具有更高催化活性。
　　總之，我們通過自摻雜方法實現了非金屬在TiO2中的摻雜，獲