新型復合氧化物光催化劑的制備與表征.pdf

1、近年來，隨著環(huán)境污染的加重，環(huán)境污染的治理尤其是環(huán)境中有機污染物的治理成為當今世界關注的熱點問題。作為新興的技術一光催化在治理有機污染物方面的應用日益受到人們的重視。人們希望找到電荷分離效率高，光響應范圍較寬，能充分吸收利用太陽光且光催化效率較高的光催化劑。本文從影響能帶結(jié)構(gòu)和電子.空穴復合率的關鍵因素入手，利用各種控制方法和新的合成路線制備出一系列新型復合材料，對其形成機理及影響因素、微結(jié)構(gòu)特征、光吸收性質(zhì)、光催化特性等進行了系統(tǒng)研究

2、，取得了一些有重要意義的結(jié)果。 1)以d區(qū)元素氧化物TiO2為考察對象，通過溶膠-凝膠和水熱合成制備了摻雜氮原子以及x(M)=0.005(M=Fe3+，Cu2+，V5+，Pd2+)TiO2復合體系；研究了摻雜不同離子對TiO2納米粉體的結(jié)構(gòu)、吸光性能以及晶粒粒度等性質(zhì)的影響；探討了單一摻雜和復合摻雜對TiO2納米粉體的光催化性能及其光解機制的影響。測試了樣品對室內(nèi)污染物之一的甲醛氣體降解的光催化活性，得到不同樣品在可見光下的光

3、降解活性依次為：Cu-TiO2/N>Fe-TiO2/N>V-TiO2/N>Pd-TiO2/N>TiO2/N。Cu-TiO2/N樣品較高的熒光強度和較大的比表面積，導致了其較高的可見光光解活性。以p區(qū)元素氧化物Bi2O3為考察對象，通過化學沉淀法，以十二烷基苯磺酸鈉為修飾劑，制備了摻雜不同金屬離子(V3+，Pb2+，Ag+，Co2+)的Bi2O3粉體。探討了不同金屬離子的摻雜對Bi2O3粉體的表面形貌和吸光性能的影響；以玫瑰紅的光催化氧化

4、為探針反應，考察了不同金屬離子的摻雜對樣品的光催化活性的影響，樣品活性次序依次為：Bi203(v5+)>Bi2O3(Pb2+)>Bi2O3(Ag+)>Bi2O3(Co2+)。光催化活性的差別可歸因于摻雜離子的半徑，樣品的表面形貌及吸光性能等因素。上述的實驗結(jié)果表明，半導體氧化物經(jīng)適量雜化改性后可得到吸收光譜明顯紅移的新化合物，從而發(fā)展成為一種新型的光催化體系。一方面制備了可見光響應的光催化劑；另一方面光催化降解了模擬的室內(nèi)空氣有機污染物

5、和低濃度偶氮染料廢水，為治理環(huán)境中有機污染物提供理論基礎和活性依據(jù)。 2)基于多酸與TiO2結(jié)構(gòu)的相似性以及多酸組成與其吸收光譜的可調(diào)變性，通過自組裝合成方法分別制備了SiW10Fe2的季胺鹽、鈷鎢酸(CoⅡW12)/SiO2復合催化劑，并與H2O2組成類Fenton體系。以偶氮染料(甲基橙、橙黃II)為模型反應物，探討染料降解的起始濃度、過氧化氫濃度、pH不同等因素對光脫色速率的影響。結(jié)果表明，上述復合體系皆得到了比Fent

6、on.體系較寬的pH值應用范圍，同時通過對多酸組成的改變(調(diào)換雜原子和配原子)，有效地調(diào)節(jié)了多酸的光譜性質(zhì)，得到了具有可見光響應的光催化材料。 3)多元復合金屬氧化物因其晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)的多樣性，有可能同時具備響應可見光激發(fā)的能帶結(jié)構(gòu)和高的光生載流子移動性，是一種潛在的高效光催化材料。文中探討了鈣鈦礦型化合物BiFeO3的光催化性能，考察了形貌與吸光性能的關系，以及形貌對其光解活性的影響。結(jié)果表明，H2O2存在的條件下，不同

7、形貌的BiFeO3片狀催化劑顯示出了光降解橙黃II的活性，并且其活性與表面形貌相關。通過微波合成這種環(huán)境友好的合成路線，以水為反應介質(zhì)，納米級碳黑為模板，尿素為沉淀劑，利用聚乙烯醇大分子鏈的空間位阻效應和高分子網(wǎng)絡的隔阻作用，均相沉淀法合成出YFeO3前驅(qū)體。純相YFeO3的吸收閾值為580 nm，紫外和可見光輻照下YFeO3光解橙黃II的活性表明，YFeO3在可見光輻照下得到了優(yōu)于TiO2的光催化降解活性?？紤]到Y(jié)FeO3的半導體性質(zhì)

8、，通過物理混合制備了p-YFeO3/n-TiO2復合材料，以橙黃II的光催化降解來評價該納米復合材料的光催化活性。實驗結(jié)果表明，復合體系的光催化活性與組分含量和焙燒溫度相關，實驗中得到的理想的復合材料是為600℃焙燒下，(TiO2)=0.90的YFeO3-TiO2。由于在二氧化鈦基體中摻入YFeO3納米粒子，既可以促進光生載流子的電荷分離，又可以使二氧化鈦的光響應波長向可見光區(qū)域拓展，提高了太陽能利用率。光催化活性的提高可歸因于P-YF