改性納米TiO2光催化劑的制備.pdf

1、TiO2納米材料由于具有較高的光催化活性、良好的化學穩(wěn)定性、較強的抗磨損性以及低廉的成本、無毒無二次污染等特點而成為環(huán)境污染防治領(lǐng)域中最受關(guān)注的一種光催化材料。但是，TiO2量子效率低以及不能有效利用太陽光等缺點限制了其廣泛應(yīng)用，如何通過各種改性手段對TiO2的物理化學性質(zhì)進行改良，提高 TiO2在可見光區(qū)的光催化活性一直是研究的熱點也是目前研究的重點。通過陰離子摻雜來改性TiO2，尤其是S，N兩種元素的摻雜，具有良好的光催化穩(wěn)定性和可

2、見光響應(yīng)等優(yōu)點，而 TiO2的負載改性可以促進光生電子和空穴的有效分離，從而提高量子效率。因此，對 TiO2的摻雜改性和負載改性引起了人們越來越多的關(guān)注。本文從以下幾個方面系統(tǒng)地闡述了：光催化反應(yīng)機理，內(nèi)部外部影響因素，TiO2的結(jié)構(gòu)特點，TiO2的改性以及制備方法。
　　本實驗以鈦酸四丁酯（TBT）為前驅(qū)體，硫脲為 S源，尿素，水合肼以及NH3為N源，通過溶膠凝膠法，沉淀法以及NH3氣氛焙燒法制備一系列摻雜型和負載型TiO2，對

3、比不同的摻雜物質(zhì)，制備方法以及改性方法。采用XRD、DRS、XPS以及EPR等表征手段對所制備的TiO2光催化劑進行分析、表征，并以亞甲基藍溶液為目標降解污染物，在模擬太陽光條件下通過亞甲基藍的的光催化降解實驗得出最佳的實驗條件和實驗方法。
　?。?）S元素摻雜型S-TiO2光催化劑的制備及表征
　　本實驗將硫脲作為S源，采用溶膠凝膠法（sol-gel）制備了一組S-TiO2光催化劑。XRD分析表明，650℃以下煅燒的樣品均

4、為銳鈦礦，在650℃時出現(xiàn)了金紅石相TiO2，使得降解效率相應(yīng)提升。DRS測試結(jié)果表明，由于摻雜了S元素，使得 S-TiO2樣品在可見光范圍內(nèi)吸收增強，吸收帶邊向長波方向移動。本實驗以亞甲基藍為目標降解物，著重研究了S元素摻雜量，酸用量，去離子水用量和煅燒溫度對樣品光催化性能的影響，結(jié)果顯示，制備過程中鹽酸的最佳加入量為5mL，去離子水的最佳加入量為10mL，摻雜濃度為1％時最佳，煅燒溫度為450℃時最佳。
　　（2）Cu和S共摻

5、雜納米TiO2的制備及表征
　　本實驗將硫酸銅作為銅源，采用化學鍍技術(shù)成功將銅負載在 S-TiO2表面。采用 XRD,UV-Vis，XPS等表征方法測試了其結(jié)構(gòu)及化學性質(zhì)。結(jié)果表明Cu/S-TiO2光催化劑中Cu的存在形式有CuO和Cu2O兩種。負載Cu后的S-TiO2光催化劑展現(xiàn)出良好的可見光吸收性能。對比化學鍍法與化學還原法，采用化學鍍技術(shù)制備的Cu/S-TiO2催化劑Cu在S-TiO2表面分散更好，有利于光生載流子的捕獲，傳

6、輸及分離。
　　（3）N元素摻雜型N-TiO2光催化劑的制備及表征
　　本實驗通過不同的制備方法（溶膠凝膠法，沉淀法以及 NH3氣氛焙燒法）制得了一系列的N-TiO2樣品，三種方法均可制備出晶型完整的TiO2光催化劑。通過各種表征手段確定了N元素進入TiO2晶格中。對比XRD圖譜可知，通過溶膠-凝膠（sol-gel）制備的樣品粒徑最小。由DRS圖譜可知，三種方法制得的N-TiO2樣品在不同程度上對可見光均有吸收，其中，沉淀法

7、的樣品在可見光區(qū)域吸收最為明顯。通過XPS，EPR等表征手段可知，對于沉淀法和NH3氣氛焙燒法制制得的光催化劑中均含有一定量的Ti3+，Ti3+的產(chǎn)生一方面降低了禁帶寬度，使得導帶上的電子在可見光的照射下也可以得到激發(fā)，而且，一定量 Ti3+的存在可以有效的減小光生載流子的復合，從而提高了光催化反應(yīng)中 TiO2的活性，當含量過高時，Ti3+作為復合中心存在，降低了光催化劑的催化效率。以亞甲基藍溶液為探針反應(yīng)，對比三種方法制得的樣品降解M