氮改性寬帶隙氧化物納米材料的合成及其光催化應(yīng)用.pdf

1、半導(dǎo)體光催化還原技術(shù)是一種很有發(fā)展前途的處理Cr(Ⅵ)廢水的方法，而研發(fā)高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、無(wú)毒的可見光催化劑是實(shí)現(xiàn)其工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。雖然SnO2、CeO2和ZrO2作為光催化劑材料具有穩(wěn)定、低成本、無(wú)毒的優(yōu)點(diǎn)，但它們都是寬帶隙半導(dǎo)體材料(SnO2、CeO2和ZrO2的帶隙值分別為3.8、3.2和5.0 eV)，主要吸收太陽(yáng)光中的紫外光（紫外光只約占太陽(yáng)光能量的5％），極大地影響了這些光催化劑的光催化活性，限制了它們?cè)诠獯呋I(lǐng)域中的實(shí)際

2、應(yīng)用。因此，通過(guò)對(duì)SnO2、CeO2和ZrO2這些寬帶隙半導(dǎo)體材料進(jìn)行改性，拓寬其光響應(yīng)范圍，從而提高它們的可見光催化活性，是發(fā)展新型高效可見光催化劑的重要手段之一。本文主要研究了N改性SnO2、CeO2和ZrO2納米晶的溶劑熱合成及其光催化處理水中Cr(Ⅵ)的應(yīng)用。已經(jīng)完成的主要研究?jī)?nèi)容總結(jié)如下:
　　1.以SnC4·5H2O、不同用量的HNO3和無(wú)水乙醇為原料，采用溶劑熱法，在180℃加熱12 h合成了一系列四方相N摻雜SnO

3、2納米材料(如SnO2-HNO3-1、SnO2-HNO3-2和SnO2-HNO3-3)。利用X-射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、X-射線光電子能譜(XPS)、傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR)和紫外-可見漫反射光譜(UV-vis)等測(cè)試手段表征了所得產(chǎn)物的組成、結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。以可見光(λ＞420 nm)為光源、以K2Cr2O7水溶液為模型污染物，考察了不同硝酸用量情況下所合成的N摻雜SnO2納米材料的光催化活性，并與Sn

4、O2-NH3(指用氨水代替硝酸，溶劑熱合成的SnO2納米晶)的光催化活性做了對(duì)比。結(jié)果表明:(1)在可見光(λ＞420 nm)照射下，SnO2-HNO3-1、SnO2-HNO3-2和SnO2-HNO3-3對(duì)Cr(Ⅵ)的還原表現(xiàn)出很高的可見光催化活性，其中SnO2-HNO3-3的光催化效率最高，而SnO2-NH3幾乎無(wú)可見光催化活性;(2)催化劑的投加量和Cr(Ⅵ)溶液的初始濃度影響SnO2-HNO3-3光催化還原Cr(Ⅵ)的速率;(3)

5、光催化反應(yīng)后，Cr(Ⅵ)被還原為Cr(Ⅲ)。
　　2.以Ce(NO3)3·6H2O、HNO3和甲苯為原料，采用溶劑熱法，在180℃下加熱24h制得了立方相N摻雜CeO2納米晶(CeO2-HNO3)。利用XRD、TEM、HRTEM、XPS、Raman和UV-vis等測(cè)試手段表征了產(chǎn)物的組成、結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。以可見光(λ＞420 nm)為光源、以K2Cr2O7水溶液為模型污染物，測(cè)試了所合成的N摻雜CeO2納米晶光催化還原Cr(Ⅵ)的

6、活性，并與CeO2-NH3(指用氨水代替硝酸，溶劑熱合成的CeO2納米晶)的光催化活性做了對(duì)比。結(jié)果表明:(1)CeO2-HNO3相比于CeO2-NH3表現(xiàn)出更高的可見光催化能力;(2)催化劑的投加量越大、Cr(Ⅵ)溶液的初始濃度越小，越有利于快速還原Cr(Ⅵ);(3)共存離子Cu2+、Fe3+、PO43-、CH3COO-和C2O42-影響CeO2-HNO3光催化還原Cr(Ⅵ)的效率，Na+、Mg2+、Cl-和SO42-對(duì)CeO2-HN

7、O3光催化還原Cr(Ⅵ)的效率基本無(wú)影響;(4)光催化反應(yīng)后，Cr(Ⅵ)被還原為Cr(Ⅲ)。
　　3.以ZrCl4、 HNO3和無(wú)水乙醇為原料，采用溶劑熱法，在180℃加熱12-24h制得了一系列立方相N摻雜ZrO2納米材料(為了便于表述，我們將反應(yīng)時(shí)間為12、18和24 h時(shí)所制產(chǎn)物分別標(biāo)記為ZrO2-HNO3-12、ZrO2-HNO3-18和ZrO2-HNO3-24)。利用XRD、XPS、FTIR、TEM、HRTEM和UV-v

8、is等測(cè)試手段表征了產(chǎn)物的組成、結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。以可見光（λ＞420nm）為光源、以K2Cr2O7水溶液為模型污染物，研究了不同反應(yīng)時(shí)間所合成的N摻雜ZrO2納米晶光催化還原Cr(Ⅵ)的性質(zhì)，并與ZrO2-NH3(指以氨水代替硝酸，溶劑熱合成的ZrO2納米晶)的光催化活性做了對(duì)比。結(jié)果表明:(1)在可見光(λ＞420nm）照射下，以HNO3為氮源制得的ZrO2對(duì)Cr(Ⅵ)的還原表現(xiàn)出很高的可見光催化活性，然而以NH3· H2O為氮源合成