可見光活性TiO-,2-光催化劑的制備及其光催化性能的研究.pdf

1、采用化學(xué)沉淀法通過自摻雜制備了納米TiO<,2-x>N<,x>粉體.此粉體具有顯色特性,可以吸收波長范圍為400～800nm的可見光.通過UV-vis、 DTA-TGA、XRD、SEM、TEM、BET、FTIR.、XPS、ESR等測試對(duì)粉體的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了表征.XPS、ESR測試結(jié)果和粉體的顯色特性表明:N元素可以由沉淀劑直接引入到TiO<,2>粉體中,形蒯司隙型和置換型N摻雜；N占據(jù)氧空位的位置對(duì)粉體的可見光吸收特性是必要的,同時(shí)氮摻

2、雜還可抑制氧空位的再氧化. 通過控制反應(yīng)物濃度、反應(yīng)pH值及熱處理溫度等工藝參數(shù)來控制TiO<,2-x>N<,x>粉體中N的摻雜量.實(shí)驗(yàn)還系統(tǒng)的研究了分散劑的加入、熱處理溫度、沉淀劑種類、水合物的洗滌次數(shù)、反應(yīng)pH值、制備方法等因素對(duì)TiO<,2-x>N<,x>粉體的可見光吸收特性和可見光活性的影響.結(jié)果表明,加入分散劑對(duì)TiO<,2-x>N<,x>粉體的可見光活性是不利的；熱處理為400℃時(shí),粉體對(duì)范圍為400～500nm的

3、可見光的吸收最強(qiáng)；適當(dāng)增加水合物的洗滌次數(shù)和升高反應(yīng)pH值,均有利于提高15O<,2-x>N<,x>粉體的可見光活性；采用化學(xué)沉淀法制備的TiO<,2-x>N<,x>粉體的可見光活性優(yōu)于機(jī)械化學(xué)法.本實(shí)驗(yàn)還比較了TiO<,2-x>N<,x>粉體負(fù)載前后的光催化活性,結(jié)果表明負(fù)載后ToO<,2-x>N<,x>的光催化活性急劇下降.為了提高負(fù)載型TiO<,2-x>N<,x>的光催化活性,采用貴金屬元素對(duì)其進(jìn)行修飾改性提高其光催化活性.研究發(fā)

4、現(xiàn)在負(fù)載15O<,2-x>N<,x>表面沉積Ag,Pt,Pd和Rh均可提高其光催化活性.M/TiO<,2-x>N<,x>光催化劑的可見光活性的順序?yàn)镻d/TiO<,2-x>N<,x>>Pt/TiO<,2-x>N<,x>>Rh/TiO<,2-x>N<,x>>Ag/TiO<,2-x>N<,x>>TiO<,2-x>N<,x>,而在紫外光照射下,光催化活性順序變?yōu)锳g/TiO<,2>N<,x>>Pd/TiO<,2-x>N<,x>>Pt/TiO<

5、,2-x>N<,x>>TiO<,2-x>N<,x>.由此可見,M/TiO<,2-x>N<,x>光催化劑在不同光源下的光催化活性順序存在巨大差異,這是因?yàn)镸/TiO<,2-x>N<,x>光催化劑在紫外和可見光下,貴金屬元素以不同的化學(xué)念存在于TiO<,2-x>N<,x>表面,因此M/TiO<,2-x>N<,x>光催化劑在紫外和可見光下遵循不同光催化機(jī)理.在紫外光照射下,Ag,Pt,Pd均可以單質(zhì)的形式存在,因此可以采用金屬-半導(dǎo)體接觸理論

6、解釋M/TiO<,2-x>N<,x>光催化劑的催化機(jī)理.貴金屬元素的費(fèi)米能級(jí)越低,功函數(shù)越小,M/TiO<,2-x>N<,x>的光催化活性越好.而在可見光下,Ag,Pt,Pd和Rh分別以Ag<'0>,PtCl<,4>,PdO和Rh<'0>的形式存在,M/TiO<,2-x>N<,x>光催化劑的活性取決于光生電子的激發(fā)方式和其轉(zhuǎn)移途徑.由于PtCl<,4>和PdO對(duì)光催化劑的敏化作用,增強(qiáng)了對(duì)可見光的吸收強(qiáng)度,并引發(fā)了特有的電子激發(fā)方式,P