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,稀土元素摻雜改性TiO2光催化劑已成為國內(nèi)、外光催化領(lǐng)域研究熱點,且已有眾多學(xué)者探討過稀土元素自身性質(zhì)與稀土元素摻雜改性后的TiO2光催化活性之間的關(guān)系。但對于稀土元素性質(zhì)對稀土元素摻雜改性TiO2光催化機理及摻雜機理尚存在較多爭議。本研究通過溶膠-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物檢驗其光催化活性,用XRD、TEM、BET、DRS及XPS對其晶

2、體結(jié)構(gòu)及形貌、光譜效應(yīng)和化學(xué)組態(tài)進行分析。對摻雜量和煅燒溫度對其光催化劑活性、晶體結(jié)構(gòu)及形貌、光譜效應(yīng)和化學(xué)組態(tài)的影響,以及在不同波長光的激發(fā)下的光催化活性進行了探討,并對各稀土元素固有性質(zhì)對于稀土摻雜改性TiO2的摻雜機理和催化降解有機污染物的光催化活性的影響機理做了深入分析。
　　 以TiCl4為TiO2的前驅(qū)體,通過水熱合成法制備了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、液為目標物、在不同激發(fā)波長光源激發(fā)下測定。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表征分析進一步驗證了N-TiO2鍵的存在。
　　 在本研究提出了以Ce和N為目標摻雜物,通過改進的溶膠—凝膠工藝合成可見光響應(yīng)TiO2光催化劑納米粉體。并通過XRD,BET,DRS,Raman和XPS對其晶體結(jié)果及化學(xué)組態(tài)進行表征分析。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。其光催化劑機理通過在不同激發(fā)波長光源(λ＞365nm,λ＞420nm,λ＞500nm,λ＞550nm,λ＞600nm)下光催化降解亞甲基藍(MB)進行研究。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,以及反應(yīng)過程的一級動力學(xué)。光催化活性的提高應(yīng)歸因于在反應(yīng)過程中所大量形成的·

6、OH自由基,且光生電子空—穴對的復(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,增強其表面與染料(N719)的鍵合強度、染料在其表面的吸附量及穩(wěn)定性,提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率和使用壽命。提高太陽能的利用率的同時,延長光生電子壽命和提高光生電子密度,進而揭示DSSCs光電轉(zhuǎn)化效率的提高與光生電子之間的關(guān)系,并對N-T