離子摻雜的TiO2制備及光學(xué)特性研究.pdf

1、能源危機(jī)和環(huán)境污染是制約我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素,大力發(fā)展綠色環(huán)保、高效節(jié)能技術(shù)是當(dāng)今解決能源短缺的全球性策略,以催化材料為核心的催化技術(shù)是解決這一難題的基礎(chǔ)。近年來,TiO2由于化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、安全無毒、環(huán)境友好、可直接利用太陽能等優(yōu)點(diǎn)處于光催化研究的核心地位,在光電轉(zhuǎn)換、光化學(xué)合成及光催化降解、污染治理等方面取得了巨大的進(jìn)展。
　　由于銳鈦礦相的TiO2的禁帶寬度為3.2eV,只能吸收太陽光中不足3％的紫外光進(jìn)行光催化反應(yīng),

2、太陽光利用率低。目前通過對TiO2改性來提高光催化效率,主要圍繞以下四個方面進(jìn)行研究:離子摻雜、貴金屬沉淀、半導(dǎo)體復(fù)合、有機(jī)材料光敏化等,以上方法能夠有效的避免電子和空穴復(fù)合,提高量子產(chǎn)率,擴(kuò)展光譜響應(yīng)范圍,提高太陽光利用率。其中離子摻雜是最普遍的方法,一般來說,單元素?fù)诫s只能提高TiO2光催化活性或可見光響應(yīng)范圍,共摻雜通過摻雜離子間的協(xié)同作用共同提高光催化效率和擴(kuò)展光吸收范圍,目前對離子單摻雜和共摻雜的影響機(jī)理解釋尚不清晰。綜上考慮

3、,本文采用溶膠凝膠法室溫下制備過渡金屬單摻、稀有金屬單摻以及過渡金屬和稀有金屬共摻雜 TiO2,詳細(xì)研究了溶膠凝膠法的制備工藝并深入分析了晶體結(jié)構(gòu),光學(xué)特性,為改性TiO2的實(shí)際生產(chǎn)制備應(yīng)用提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。主要工作有:
　　1.采用溶膠凝膠法制備過渡金屬(Fe、Co、Ni)單摻雜的TiO2光催化劑,系統(tǒng)研究了不同煅燒溫度及不同離子摻雜濃度對TiO2晶體結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性的影響規(guī)律。隨著過渡金屬摻雜濃度的增加,發(fā)現(xiàn)TiO2吸收光譜均

4、出現(xiàn)明顯的紅移現(xiàn)象,過渡金屬的摻雜對晶型的轉(zhuǎn)換有一定的抑制作用。
　　2.采用溶膠凝膠法制備稀土元素(Eu,Gd,Sm)單摻雜的TiO2光催化劑,系統(tǒng)研究了不同煅燒溫度和不同稀土元素?fù)诫s濃度對TiO2光學(xué)特性和晶體結(jié)構(gòu)的影響,研究發(fā)現(xiàn)稀土元素的摻雜有效的提高了光譜響應(yīng)范圍,吸收譜發(fā)生紅移,并且稀土元素的摻入阻礙了晶型轉(zhuǎn)變,提高了銳鈦礦型TiO2的穩(wěn)定溫區(qū)。
　　3.采用溶膠凝膠法制備了不同離子單摻雜的TiO2光催化劑,探討了