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(jī)和環(huán)境污染日益嚴(yán)重。如何節(jié)約能源，控制和處理環(huán)境污染已成為當(dāng)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(qiáng)、穩(wěn)定性好、廉價(jià)無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，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(fèi)能源。因此，對(duì)TiO2進(jìn)行改性以提高其光催化活性，拓展光譜響應(yīng)范圍是光催化發(fā)展進(jìn)一步走向?qū)嵱没年P(guān)鍵。本文在總結(jié)納米TiO2光催化劑改性

2、研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)進(jìn)行了以下幾個(gè)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(duì)摻雜機(jī)理進(jìn)行了研究，并通過(guò)光降解實(shí)驗(yàn)確定了Bi離子、Eu離子的最佳摻雜濃度。結(jié)果表明：摻雜可以使晶格發(fā)生畸變，降低電子-空穴對(duì)的復(fù)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(yīng)波長(zhǎng)范圍并提高其光催化活性，采用非金屬離子摻雜的方法對(duì)TiO2進(jìn)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(guò)χ射線衍射、透射電鏡、比表面積測(cè)定儀、紅外光譜、紫外-可見吸收光譜等對(duì)樣品的晶相、形貌、比表面積、吸收邊等進(jìn)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(jià)帶上移，禁帶寬度減小，或者形成雜質(zhì)能級(jí)，使樣品在可見光區(qū)的

4、吸光強(qiáng)度明顯增加。通過(guò)對(duì)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(guò)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(duì)光催化活性的影響。結(jié)果表明在N的摻雜濃度為5％、La的摻雜濃度為0.5％時(shí)，光催化效果最好。在此基礎(chǔ)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(duì)光催化活性、晶格畸變等方面的影響。研究結(jié)果表明，半徑較大

5、的La3+取代半徑較小的Ti4+形成新的結(jié)構(gòu)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(qiáng)。鍍膜層數(shù)為四層的樣品的光催化活性最強(qiáng)，在紫光燈下照射3h對(duì)甲基橙和硝基苯的降解率分別達(dá)到73.98％、96.29％；同時(shí)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(yīng)活性明顯增加，在日光燈下照射3h對(duì)甲基橙和硝基苯的降解率可達(dá)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(yīng)波長(zhǎng)拓展至可見