TiO2基可見光響應(yīng)納米光催化劑的制備、表征分析及性能研究.pdf

1、目前,稀土元素?fù)诫s改性TiO2光催化劑已成為國(guó)內(nèi)、外光催化領(lǐng)域研究熱點(diǎn),且已有眾多學(xué)者探討過(guò)稀土元素自身性質(zhì)與稀土元素?fù)诫s改性后的TiO2光催化活性之間的關(guān)系。但對(duì)于稀土元素性質(zhì)對(duì)稀土元素?fù)诫s改性TiO2光催化機(jī)理及摻雜機(jī)理尚存在較多爭(zhēng)議。本研究通過(guò)溶膠-凝膠法制備稀土元素(RE)(La、Ce、Gd、Er、Yb、Y)改性TiO2納米光催化劑粉體,以草酸和偶氮染料為降解目標(biāo)物檢驗(yàn)其光催化活性,用XRD、TEM、BET、DRS及XPS對(duì)其晶

2、體結(jié)構(gòu)及形貌、光譜效應(yīng)和化學(xué)組態(tài)進(jìn)行分析。對(duì)摻雜量和煅燒溫度對(duì)其光催化劑活性、晶體結(jié)構(gòu)及形貌、光譜效應(yīng)和化學(xué)組態(tài)的影響,以及在不同波長(zhǎng)光的激發(fā)下的光催化活性進(jìn)行了探討,并對(duì)各稀土元素固有性質(zhì)對(duì)于稀土摻雜改性TiO2的摻雜機(jī)理和催化降解有機(jī)污染物的光催化活性的影響機(jī)理做了深入分析。
　　 以TiCl4為TiO2的前驅(qū)體,通過(guò)水熱合成法制備了N摻雜改性的TiO2納米光催化劑,所制備的納米粉體為黃色。其光催化劑的活性以KI溶液和草酸溶

3、液為目標(biāo)物、在不同激發(fā)波長(zhǎng)光源激發(fā)下測(cè)定。由XRD和BET表征分析可知,所制備的N摻雜改性的TiO2光催化劑樣品的晶型為銳鈦礦、和少量板鈦礦組成,且其粒徑分布在7nm到10nm范圍內(nèi),比表面積分布于71.24m2·g-1到170.38m2·g-1范圍內(nèi)。由DRS表征分析可知,所制備的納米粉體光催化劑的吸收光譜明顯紅移,且禁帶寬度最小可被減小至2.80eV,可充分利用可見光。由XPS表征分析去化學(xué)組態(tài)可知,Ti-N鍵和Nox為所摻雜N的主

4、要存在形式。Raman表征分析進(jìn)一步驗(yàn)證了N-TiO2鍵的存在。
　　 在本研究提出了以Ce和N為目標(biāo)摻雜物,通過(guò)改進(jìn)的溶膠—凝膠工藝合成可見光響應(yīng)TiO2光催化劑納米粉體。并通過(guò)XRD,BET,DRS,Raman和XPS對(duì)其晶體結(jié)果及化學(xué)組態(tài)進(jìn)行表征分析。其中,引入的N有效減小其禁帶寬度而使受激發(fā)所需能量降低,即2.40eV(鈰摻雜改性)降低到2.21eV(鈰、氮共摻雜改性);XPS表征分析確定了Ce3+/Ce4+,Nox和T

5、i-O-N和Ti-O-Ce的存在。其光催化劑機(jī)理通過(guò)在不同激發(fā)波長(zhǎng)光源(λ＞365nm,λ＞420nm,λ＞500nm,λ＞550nm,λ＞600nm)下光催化降解亞甲基藍(lán)(MB)進(jìn)行研究。在本文的研究范圍內(nèi)確定了最佳摻雜比例為0.70 at.％Ce和0.70 at.％N。本研究系統(tǒng)的討論了影響光催化反應(yīng)過(guò)程的主要參數(shù),即所摻雜的N與Ce的原子百分比和激發(fā)波長(zhǎng),以及反應(yīng)過(guò)程的一級(jí)動(dòng)力學(xué)。光催化活性的提高應(yīng)歸因于在反應(yīng)過(guò)程中所大量形成的·

6、OH自由基,且光生電子空—穴對(duì)的復(fù)合是影響MB光催化降解的關(guān)鍵因素。
　　 本研究用改性半導(dǎo)體(晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組態(tài)改性)薄膜材料替代純TiO2薄膜,即N摻雜改性的TiO2(N-TiO2)薄膜,增強(qiáng)其表面與染料(N719)的鍵合強(qiáng)度、染料在其表面的吸附量及穩(wěn)定性,提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率和使用壽命。提高太陽(yáng)能的利用率的同時(shí),延長(zhǎng)光生電子壽命和提高光生電子密度,進(jìn)而揭示DSSCs光電轉(zhuǎn)化效率的提高與光生電子之間的關(guān)系,并對(duì)N-T