納米TiO-,2-的摻雜改性及其光催化性能研究.pdf

1、隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，能源危機和環(huán)境污染日益嚴重。如何節(jié)約能源，控制和處理環(huán)境污染已成為當前的重大課題。在眾多納米光催化材料中，TiO2因具有氧化性強、穩(wěn)定性好、廉價無毒等優(yōu)點，成為最有發(fā)展前景的納米光催化劑。但TiO2的量子產(chǎn)率低，光催化性能不高；禁帶能量較高(3.2ev)，只能在紫外光下才有活性，耗費能源。因此，對TiO2進行改性以提高其光催化活性，拓展光譜響應范圍是光催化發(fā)展進一步走向實用化的關鍵。本文在總結納米TiO2光催化劑改性

2、研究進展的基礎上，重點進行了以下幾個方面的研究。 1.為了提高光催化劑的活性，用燃燒法制備了Bi離子摻雜TiO2和Eu離子摻雜TiO2納米光催化劑。對摻雜機理進行了研究，并通過光降解實驗確定了Bi離子、Eu離子的最佳摻雜濃度。結果表明：摻雜可以使晶格發(fā)生畸變，降低電子-空穴對的復合，提高量子產(chǎn)率，從而提高光催化效果。摻雜后的樣品光催化活性得到明顯提高，并且不同的摻雜離子存在著不同的最佳摻雜濃度，Bi離子的最佳摻雜濃度為3％，Eu

3、離子的為0.5％。 2.為了拓展TiO2的光響應波長范圍并提高其光催化活性，采用非金屬離子摻雜的方法對TiO2進行改性。分別用溶膠-凝膠法和溶劑熱法制備了N摻雜TiO2和S摻雜TiO2。通過χ射線衍射、透射電鏡、比表面積測定儀、紅外光譜、紫外-可見吸收光譜等對樣品的晶相、形貌、比表面積、吸收邊等進行了表征。與純TiO2相比較，摻雜樣品的粒徑較小，比表面積較大，由于摻雜使價帶上移，禁帶寬度減小，或者形成雜質能級，使樣品在可見光區(qū)的

4、吸光強度明顯增加。通過對硝基苯的降解表征了其可見光光催化活性，發(fā)現(xiàn)不同的非金屬離子摻雜樣品均表現(xiàn)出很好的可見光催化活性。 3.通過溶膠-凝膠法制備了N-La共摻雜TiO2納米晶。研究了摻雜濃度對光催化活性的影響。結果表明在N的摻雜濃度為5％、La的摻雜濃度為0.5％時，光催化效果最好。在此基礎上，用溶膠-凝膠法制備了N-La共摻雜的納米光催化薄膜，研究了離子摻雜、鍍膜層數(shù)對光催化活性、晶格畸變等方面的影響。研究結果表明，半徑較大

5、的La3+取代半徑較小的Ti4+形成新的結構缺陷，從而有益于表面粒子的羥基化，使薄膜的光催化能力明顯增強。鍍膜層數(shù)為四層的樣品的光催化活性最強，在紫光燈下照射3h對甲基橙和硝基苯的降解率分別達到73.98％、96.29％；同時N摻雜可以使禁帶寬度窄化，引起催化劑吸收邊的紅移，從而使可見光響應活性明顯增加，在日光燈下照射3h對甲基橙和硝基苯的降解率可達到56.19％和87.86％。由此可見N-La共摻雜除了能將催化劑的光響應波長拓展至可見