丙酮溶劑熱法制備納米TiO-,2-高可見光光催化活性起因研究.pdf

1、本論文采用溶劑熱法,以鈦酸正丁酯為前驅(qū)體,丙酮為溶劑,通過改變?nèi)軇釡囟瘸晒Φ刂苽淞艘幌盗袩o定形和銳鈦礦TiO<,2>;研究這類TiO<,2>高可見光光催化活性的物理和化學(xué)本質(zhì)及其起因,以期對TiO<,2>光催化大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持. 研究了溶劑熱溫度對TiO<,2>制備的影響,以甲基橙為降解目標(biāo)物測試了其光催化性能;分析了TiO<,2>表面態(tài)及其與可見光吸收和光催化活性的關(guān)系;建立了本研究制備的TiO<,2>可見

2、光光催化電子轉(zhuǎn)移模型;此外,還通過熱處理分步脫除TiO<,2>表面有機物以調(diào)控其表面態(tài),進一步確認(rèn)表面態(tài)與光催化的關(guān)系;以苯酚類化合物為降解目標(biāo)物,研究可見光下TiO<,2>對其的降解行為,建立了可見光誘導(dǎo)光催化降解機制模型;推斷兩種表面絡(luò)合物協(xié)同作用促進了TiO<,2>可見光光催化降解,導(dǎo)致了本研究制備的TiO<,2>高可見光光催化活性. 分別對不同溶劑熱合成溫度制備的納米TiO<,2>以及經(jīng)不同溫度熱處理的納米TiO<,2>

3、進行了材料性能的表征研究.XRD結(jié)果表明隨著溶劑熱溫度升高,TiO<,2>逐漸從無定形轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦,TEM和電子選區(qū)衍射證實了上述結(jié)果,120℃是銳鈦礦TiO<,2>的起始形成溫度.TG-DTA表明有2.4﹪～16.2﹪左右的有機物吸附在TiO<,2>表面,FT-IR圖譜存在Ti-O-C鍵對應(yīng)的1093cm<'-1>峰,表明溶劑熱過程中原位鍵合了表面絡(luò)合物(≡Ti<'4+>-OCR),這種絡(luò)合物能改變TiO<,2>表面態(tài),俘獲電子,加速

4、電子轉(zhuǎn)移,從而提高光催化性能.熱處理能分步脫除表面有機組分和調(diào)控TiO<,2>表面態(tài),180℃熱處理脫除吸附水和物理吸附的有機組分;而365℃熱處理則脫除了TiO<,2>表面吸附的大量的有機物,導(dǎo)致可見光激發(fā)光催化性能顯著下降. 對溶液條件下進行的光催化降解過程的研究表明,TiO<,2>表面≡Ti<'4+>-OH與苯酚類化合物的-OH發(fā)生縮合反應(yīng),這種縮合與苯環(huán)上取代基有關(guān),取代基吸電子能力越強,-OH酸性越強縮合反應(yīng)越易進行.

5、對無可見光響應(yīng)的苯酚類化合物,如:苯酚(phenol)、對氯苯酚(4-CP)和對羥基苯甲酸(4-HA),Cl有較強的吸電子能力,-OH酸性強,易生成表面絡(luò)合物,所以TiO<,2>對對氯苯酚有較高可見光光催化效率.此類絡(luò)合物吸收可見光受激處于激發(fā)態(tài),將電子注入TiO<,2>導(dǎo)帶,從而誘導(dǎo)光生電子產(chǎn)生;光生電子能被O<,2>俘獲生成具有強氧化能力的O<'·-><,2>和HOO<'->等超氧化物,而·OH并不是主要的氧化劑. 由此,推