改性納米TiO-,2-光催化氧化還原性能的研究.pdf

1、光催化技術(shù)具有反應(yīng)條件溫和、無(wú)污染、低能耗等特點(diǎn),因而在環(huán)境保護(hù)、能源轉(zhuǎn)換、新物質(zhì)合成等多個(gè)方面具有廣闊的應(yīng)用前景.通過(guò)多種改性手段改善催化劑的活性,提高催化劑的光催化效率是將這一技術(shù)推向?qū)嶋H應(yīng)用的重要環(huán)節(jié).該文利用XRD、TG-DTA、SEM、TEM、XPS等多種測(cè)試手段,從氧化和還原兩個(gè)角度對(duì)改性納米二氧化鈦催化劑的催化活性和表面性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,探討了改性機(jī)制,分析了催化劑氧化還原性能的關(guān)系.通過(guò)在TiCl<,4>水解過(guò)程中施

2、加超聲輻照,室溫下合成出具有單一銳鈦礦型納米二氧化鈦.粒徑小于20nm的TiO<,2>在光催化氧化-還原反應(yīng)中均表現(xiàn)出量子尺寸效應(yīng).利用浸漬法制備了第四周期Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu六種過(guò)渡金屬離子摻雜改性納米二氧化鈦光催化劑,利用XPS等手段進(jìn)行了分析.分析表明,變價(jià)離子的存在有利于捕獲光生電子和隨后的界面上電子傳遞過(guò)程,因而光催化氧化還原性能都優(yōu)于單一價(jià)態(tài)的離子摻雜.光催化活性與表征摻雜離子捕獲電子能力的量Ea/r(電子親和

3、勢(shì)和離子半徑的比值)間呈現(xiàn)火山型關(guān)系曲線,即捕獲電子能力適中的銅摻雜催化劑具有最高的活性.在光催化氧化反應(yīng)中,表面吸附氧活潑性影響光生電子的捕獲效率,因而影響光催化氧化性能.利用XPS、XRD、SEM、TEM等手段對(duì)不同方法摻銅所得催化劑進(jìn)行了分析.結(jié)果表明,摻銅方法不同,銅元素在催化劑中的分布及存在狀態(tài)不同.銅物種在表面的分散、較高比例的吸附氧及Cu<'+>/Cu<'2+>的存在有利于改善催化劑的活性.比起水解沉淀法、機(jī)械混合法,浸漬

4、法更容易實(shí)現(xiàn)上述因素的優(yōu)化,因而該方法制備的催化劑具有最好的活性.復(fù)合半導(dǎo)體基礎(chǔ)上進(jìn)一步摻銅得到銅錫改性的納米二氧化鈦.復(fù)合半導(dǎo)體耦合效應(yīng)使電子-空穴得到有效分離,銅摻雜強(qiáng)化界面電子傳遞過(guò)程,因而使催化劑性能得到顯著改善,與納米二氧化鈦或單一改性催化劑相比,光催化降解甲醛完全礦化時(shí)間縮短了60-66％,而在光催化還原CO<,2>反應(yīng)中還原產(chǎn)物總量提高了33-72％.為了進(jìn)一步加深對(duì)銅離子摻雜改性機(jī)制的認(rèn)識(shí),利用光化學(xué)還原法,在復(fù)合半導(dǎo)體