非金屬摻雜TiO-,2-納米管的制備及其光電催化性能研究.pdf

1、納米TiO2對諸多環(huán)境污染物有顯著的光催化降解作用，光催化已發(fā)展成為新型的環(huán)境污染治理技術(shù)。作為光催化技術(shù)的核心，提高TiO2的光催化活性和對太陽光的利用率是當前光催化研究中最重要的研究課題。研究報道證實，光電催化技術(shù)能有效提高TiO2光催化活性，非金屬摻雜則能提高其可見光利用率。 本文在草酸+NH4F電解液體系中對Ti進行陽極氧化制備了TiO2納米管。研究發(fā)現(xiàn)納米管長度取決于孔底的電化學反應速率和化學溶解速率之間的平衡。當氧

2、化電壓為20 V、pH=4.9、氧化時間2 h時制備的納米管形貌非常清晰。 為提高TiO2納米管的可見光活性，采用CVD法對TiO2納米管進行了F、B一元和二元摻雜。實驗發(fā)現(xiàn)：(1)F摻雜將TiO2的吸收帶邊拓展至419 nm，光電催化協(xié)同因子為2.09。(2)B摻雜將TiO2的吸收帶邊拓展至444 nm，光電催化的協(xié)同因子為1.45。B-TiO2納米管可多次重復使用。(3)F、B共摻雜TiO2在紫外光區(qū)的吸收峰強度大大增加，

3、且在可見光區(qū)400-600 nm出現(xiàn)強吸收峰。F摻雜在TiO2表面產(chǎn)生氧空穴，增加表面酸度和Ti3+濃度，B摻雜在TiO2表面產(chǎn)生氧空穴并增加表面酸度，因而F、B共摻雜具有協(xié)同效應，能促使光生載流子分離，加速可見光催化反應。 運用第一性原理的密度泛函理論對F、B共摻雜銳鈦礦TiO2的電子結(jié)構(gòu)進行了研究。發(fā)現(xiàn)摻雜后導帶主要由F、B原子2p軌道和Ti原子3d軌道上的電子共同構(gòu)成。B原子2p軌道與Ti原子3d軌道上的電子在導帶區(qū)發(fā)生

4、強烈的相互關(guān)聯(lián)作用，導致Ti原子3d軌道上的電子向B原子2p軌道移動，致使整個導帶向費米能級附近移動，從而使TiO2的禁帶寬度變窄，導致紅移現(xiàn)象出現(xiàn)。 采用GC-MS分析了MO降解過程中的中間產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)MO的主要降解途徑是偶氮鍵被·OH直接打開，繼之發(fā)生C-N 鍵的均解和苯環(huán)的自由基取代，產(chǎn)生酚類、對苯醌；對苯醌開環(huán)后生成羧酸類。研究了TiO2納米管光電催化反應器的動力學模型，該模型的理論曲線與試驗值較為接近，適用于本研究采用