基于超臨界干燥法制備摻雜型納米TiO-,2-及其光催化性能研究.pdf

1、近年來(lái)，利用半導(dǎo)體光催化劑處理環(huán)境污染物己引起世界關(guān)注。TiO<,2>以其無(wú)毒、催化活性高、化學(xué)穩(wěn)定性好、價(jià)廉易得及可直接利用太陽(yáng)光等優(yōu)點(diǎn)受到人們的重視。目前TiO<,2>光催化劑的制備方法主要為溶膠-凝膠法結(jié)合直接加熱法。一方面，凝膠直接加熱后受熱不均，極易造成膠體結(jié)構(gòu)塌陷，很難得到孔結(jié)構(gòu)完整的催化劑，影響了催化活性的提高，迫切需要改進(jìn)制備方法以提高光催化活性；另一方面，目前常用離子摻雜改善TiO<,2>的光催化性能，而采用直接加熱法

2、修飾離子時(shí)，由于離子與TiO<,2>的作用力不強(qiáng)，在反應(yīng)過(guò)程中易從催化劑表面脫落。同時(shí)目前關(guān)于離子修飾的研究主要集中在金屬離子上，而對(duì)非金屬離子摻雜的研究甚少。考慮到以上因素，本文將超臨界應(yīng)用于溶膠-凝膠法制備TiO<,2>前軀體的干燥過(guò)程，并對(duì)TiO<,2>進(jìn)行了金屬和非金屬離子的摻雜。以苯酚和丙酮的光催化降解作為探針?lè)磻?yīng)，研究了它們?cè)谧贤夂涂梢?jiàn)光下的光催化活性。同時(shí)采用XRD、TEM、SEM、FT-IR、XPS、Raman、NMR、

3、UV、熒光光譜、氮吸附等手段對(duì)所制備催化劑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，系統(tǒng)討論了催化劑結(jié)構(gòu)和光催化活性的關(guān)系。具體內(nèi)容分為以下四部分。 1．采用Sol-gel法并結(jié)合直接加熱干燥制備了TiO<,2>、Ce<'4+>/TiO<,2>光催化劑。采用此法制備的氧化鈦均具有較好的銳鈦礦結(jié)晶度、高比表面積、大孔徑和孔容以及更多的氧缺位和表面缺陷，這些特點(diǎn)都有利于苯酚的光催化降解。Ce<'4+>可顯著提高TiO<,2>的活性，主要?dú)w因于銳鈦礦結(jié)晶度、比

4、表面積、孔徑和孔容的提高，特別是表面缺陷的增加。同時(shí)，超臨界干燥比直接加熱法更有效，其原因主要在于前者能使部分Ce<'4+>結(jié)合在TiO<,2>的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)里，從而產(chǎn)生更多的表面缺陷，抑制電子-空穴對(duì)的復(fù)合，提高催化劑的量子效率。 2．采用Sol-gel法并結(jié)合超臨界萃取制備了N、S摻雜TiO<,2>光催化劑。結(jié)果表明超臨界條件下N、S進(jìn)入了TiO<,2>網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得制備的TiO<,2>N、TiO<,2>S的活性遠(yuǎn)高于沒(méi)有摻雜直接

5、加熱法制備的光催化劑。原因是在超臨界條件修飾N、S，首先可進(jìn)一步提高TiO<,2>的比表面積和孔容，使得更多反應(yīng)分子能夠吸附在催化劑表面：其次可使TiO<,2>中銳鈦礦相的結(jié)晶度顯著提高，激發(fā)產(chǎn)生更多的空穴-電子對(duì)用于光催化降解，使催化劑表面具有更多的活性位；第三催化劑對(duì)光的吸收發(fā)生紅移，使得催化劑對(duì)可見(jiàn)光的吸收大大的增強(qiáng)。 3．用Sol-Gel方法并結(jié)合氟化氨乙醇溶液超臨界萃取法制備高活性光催化劑。其催化活性遠(yuǎn)高于商業(yè)P25