鈀修飾及鈀(鋯)與氮共修飾二氧化鈦的制備及其可見光催化性能研究.pdf

1、采用金屬離子修飾TiO2可以有效抑制光生電子和空穴的復(fù)合,因為金屬離子可以有效地捕獲光生電子,從而延長光生電子和空穴的壽命,促進TiO2光催化活性的提高。文獻報道以及我們之前的研究表明,對TiO2進行非金屬N摻雜可以擴展其光譜吸收至可見光區(qū),實現(xiàn)可見光催化活性。在此基礎(chǔ)上,本文結(jié)合了金屬修飾與非金屬摻雜這二者的優(yōu)勢,以鈦酸納米管(NTA)為前驅(qū)體對TiO2進行了金屬與非金屬共修飾的改性研究。
　　本文首先制備了Pd修飾的TiO2光

2、催化劑,考察了催化劑熱處理的氣氛和溫度對樣品晶型,形貌,Pd的存在形式以及光吸收和光催化活性等的影響。ESR結(jié)果表明,Pd修飾的TiO2樣品均有氧空位產(chǎn)生,且在氮氣氣氛下煅燒比在空氣氣氛下更有利于氧空位的產(chǎn)生。我們將樣品的氧空位濃度與可見光催化活性之間進行關(guān)聯(lián),發(fā)現(xiàn)在氮氣和空氣中400℃煅燒的樣品對丙烯的降解率之比與二者氧空位濃度之比相當(dāng),說明氧空位濃度對可見光催化活性的提高具有重要作用。結(jié)合實驗結(jié)果,我們提出了Pd修飾的TiO2光催化

3、劑可見光催化活性的機理。Pd物種以及束縛單電子氧空位使得樣品能夠被可見光激發(fā),產(chǎn)生光生電子和空穴;而Pd物種的存在則促進了光生電子和空穴的分離,二者的共同作用提高了Pd修飾TiO2樣品的可見光催化活性。
　　圍繞金屬與N共修飾TiO2這一研究課題,我們以相同的方法制備了Pd/N共修飾的TiO2光催化劑,并通過改變焙燒氣氛和溫度對其進行后處理。在氮氣中煅燒的樣品,TiO2銳鈦礦相產(chǎn)生的溫度有所提高,這是由于作為氮源的尿素在受熱分解過

4、程中,與NTA形成中間體鈦酸銨,抑制了銳鈦礦相的產(chǎn)生。ESR結(jié)果表明,Pd/N共修飾的TiO2樣品無論在空氣中煅燒還是在氮氣中煅燒均有氧空位產(chǎn)生。我們將樣品的氧空位濃度與可見光催化活性之間進行關(guān)聯(lián),發(fā)現(xiàn)空氣中400℃和氮氣中700℃煅燒的樣品對丙烯的降解率之比與二者氧空位濃度之比相當(dāng),進一步證明了氧空位對可見光催化活性提高的作用。并且得出間隙摻雜的N以及高價態(tài)的Pd有利于提高樣品可見光催化活性。此外,我們對Pd/N共修飾的TiO2光催化

5、氧化丙烯這一反應(yīng)起作用的活性物種進行了研究。當(dāng)催化劑中加入羥基自由基的清除劑KI后,催化活性幾乎完全喪失,證明羥基自由基在該反應(yīng)中是主要的活性物種。
　　對比以上兩個催化劑體系發(fā)現(xiàn)單一Pd修飾的TiO2光催化劑可見光催化活性甚至高于Pd/N共修飾的樣品。我們認(rèn)為可能的原因在于,在Pd的存在下N的摻雜導(dǎo)致氧空位濃度降低。
　　貴金屬修飾TiO2原料成本較高,不利于實際應(yīng)用。因此,我們嘗試?yán)闷胀ǖ倪^渡金屬進行修飾,以期達到良好

6、可見光活性的目的。我們制備了不同濃度的Zr與N共修飾的TiO2光催化劑。實驗表明,Zr/N共摻雜樣品的可見光響應(yīng)來源于間隙摻雜的N元素,而Zr的摻雜有助于管狀形貌的保持,且抑制了晶粒的生長。對Zr摻雜量為0.6％的Zr/N共摻雜樣品,進行了不同溫度的煅燒處理,發(fā)現(xiàn)在500℃下熱處理的樣品具有最高的可見光催化活性,歸因于此時樣品具有較好的結(jié)構(gòu)和較小的晶粒尺寸。隨后,分別以NTA和P25為前驅(qū)體,探討不同前驅(qū)體對可見光催化活性的影響。以P2