鈦基多元光催化材料的制備與性能研究.pdf

1、TiO2是一種重要的半導(dǎo)體光催化材料，它能在太陽(yáng)光下降解各種污染物，同時(shí)其具有成本低、無(wú)毒性、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，受到各國(guó)研究人員的關(guān)注。然而TiO2也存在寬帶禁度較大、光源利用率低、載流子復(fù)合率高等缺陷。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，離子摻雜改性是克服這些缺陷，提高TiO2光催化活性的一種重要手段。
　　針對(duì)以上背景問(wèn)題，本文擬通過(guò)單一金屬離子摻雜和多種金屬離子共摻雜的方法對(duì)TiO2進(jìn)行優(yōu)化改性，以提高TiO2在紫外光下的光催化效率。并用XR

2、D、SEM、FT-IR、以及N2吸附-脫附等手段對(duì)光催化劑進(jìn)行了表征，同時(shí)考察了其在紫外光輻照下降解甲基橙的能力。主要實(shí)驗(yàn)研究分為以下四個(gè)部分。
　　1.以鈦酸四丁酯為鈦源，硝酸銦為銦源，采用溶膠-凝膠法合成了In摻雜TiO2(In-TiO2)材料。結(jié)果表明，所制材料在不同In摻雜濃度和煅燒溫度下均為銳鈦礦相，In3+以同晶取代方式占據(jù)TiO2中Ti4+的位置，形成InxTi1-xO2，提高了光生載流子產(chǎn)率。適量的In3+摻雜抑制

3、了二氧化鈦晶粒的生長(zhǎng)，使材料的平均孔徑減小，比表面積增大。隨著煅燒溫度的升高，二氧化鈦晶粒逐漸增大，比表面積逐漸減小。400℃煅燒制得的3％In-TiO2的具有最大的比表面積(94.4m2/g)。紫外光降解甲基橙實(shí)驗(yàn)表明，400℃煅燒制得的3％In-TiO2具有最強(qiáng)的光催化能力，光照70min可使甲基橙完全降解;而在同等條件下，純TiO2對(duì)甲基橙的降解率僅為62.3％。
　　2.以CTAB為模板導(dǎo)向劑，考察不同CTAB濃度及煅燒溫

4、度對(duì)3％In-TiO2光催化劑結(jié)構(gòu)和活性的影響。結(jié)果表明，CTAB的加入促進(jìn)了In-TiO2的結(jié)晶和顆粒的均勻分散，增大了二氧化鈦顆粒粒徑和比表面積，并造成了TiO2晶格膨脹。適當(dāng)?shù)撵褵郎囟饶軌蛉コ砻婊钚詣⒈３忠欢ǖ谋缺砻娣e。紫外光照60min后，500℃制備的，CTAB濃度為0.12mol/L的In-TiO2光催化劑對(duì)甲基橙的光催化率達(dá)到91.8％。比表面積和晶格膨脹是光催化劑活性的主要影響因素。
　　3.以鈦酸四丁酯為鈦

5、源，硝酸銦為銦源，氯化鋁為鋁源，采用溶膠-凝膠法首次合成了In-Al-TiO2復(fù)合材料。結(jié)果表明，所制材料在不同Al濃度摻雜和煅燒溫度下均為銳鈦礦相，適量Al摻雜抑制了二氧化鈦晶粒的生長(zhǎng)，增加了樣品的比表面積。隨著煅燒溫度的升高，樣品晶粒和平均孔徑逐漸增大，比表面積逐漸減小，400℃煅燒制得的0.5％A1-3％In-TiO2的具有最大的比表面積(108.9m2/g)。一部分Al3+以取代式摻雜進(jìn)入TiO2晶格，造成TiO2晶格缺陷，增加

6、了材料表面羥基數(shù)量，抑制了光生載流子的復(fù)合。紫外光降解甲基橙實(shí)驗(yàn)表明，400℃煅燒制得的0.5％A1-3％In-TiO2具有最強(qiáng)的光催化能力，光照40min可使10mg/L的甲基橙溶液完全脫色。
　　4.以鈦酸四丁酯為鈦源，硝酸銦為銦源，氯化鑭為鑭源，采用溶膠-凝膠法首次合成了La-In-TiO2復(fù)合材料。結(jié)果表明，所制材料在不同La3+濃度摻雜和煅燒溫度下均為銳鈦礦相，La3+以取代式摻雜進(jìn)入TiO2晶格，造成TiO2晶格缺陷，

7、促進(jìn)了光生載流子的分離。適量的La摻雜減小了二氧化鈦晶粒尺寸，造成了材料比表面積的增大。隨著煅燒溫度的升高，TiO2晶粒逐漸增大，顆粒硬團(tuán)聚加劇，比表面積逐漸減小，400℃煅燒制得的0.3％La-3％In-TiO2的比表面積為129.8m2/g。紫外光降解甲基橙實(shí)驗(yàn)表明，400℃煅燒制得的0.3％La-3％In-TiO2具有最強(qiáng)的光催化能力，光照40min可使10mg/L甲基橙溶液完全脫色。UV-Vis圖譜表明，La3+摻雜改變了甲基橙