改性納米TiO2光催化劑的制備.pdf

1、TiO2納米材料由于具有較高的光催化活性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、較強(qiáng)的抗磨損性以及低廉的成本、無毒無二次污染等特點(diǎn)而成為環(huán)境污染防治領(lǐng)域中最受關(guān)注的一種光催化材料。但是，TiO2量子效率低以及不能有效利用太陽光等缺點(diǎn)限制了其廣泛應(yīng)用，如何通過各種改性手段對(duì)TiO2的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行改良，提高 TiO2在可見光區(qū)的光催化活性一直是研究的熱點(diǎn)也是目前研究的重點(diǎn)。通過陰離子摻雜來改性TiO2，尤其是S，N兩種元素的摻雜，具有良好的光催化穩(wěn)定性和可

2、見光響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，而 TiO2的負(fù)載改性可以促進(jìn)光生電子和空穴的有效分離，從而提高量子效率。因此，對(duì) TiO2的摻雜改性和負(fù)載改性引起了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。本文從以下幾個(gè)方面系統(tǒng)地闡述了：光催化反應(yīng)機(jī)理，內(nèi)部外部影響因素，TiO2的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，TiO2的改性以及制備方法。
　　本實(shí)驗(yàn)以鈦酸四丁酯（TBT）為前驅(qū)體，硫脲為 S源，尿素，水合肼以及NH3為N源，通過溶膠凝膠法，沉淀法以及NH3氣氛焙燒法制備一系列摻雜型和負(fù)載型TiO2，對(duì)

3、比不同的摻雜物質(zhì)，制備方法以及改性方法。采用XRD、DRS、XPS以及EPR等表征手段對(duì)所制備的TiO2光催化劑進(jìn)行分析、表征，并以亞甲基藍(lán)溶液為目標(biāo)降解污染物，在模擬太陽光條件下通過亞甲基藍(lán)的的光催化降解實(shí)驗(yàn)得出最佳的實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)方法。
　?。?）S元素?fù)诫s型S-TiO2光催化劑的制備及表征
　　本實(shí)驗(yàn)將硫脲作為S源，采用溶膠凝膠法（sol-gel）制備了一組S-TiO2光催化劑。XRD分析表明，650℃以下煅燒的樣品均

4、為銳鈦礦，在650℃時(shí)出現(xiàn)了金紅石相TiO2，使得降解效率相應(yīng)提升。DRS測(cè)試結(jié)果表明，由于摻雜了S元素，使得 S-TiO2樣品在可見光范圍內(nèi)吸收增強(qiáng)，吸收帶邊向長波方向移動(dòng)。本實(shí)驗(yàn)以亞甲基藍(lán)為目標(biāo)降解物，著重研究了S元素?fù)诫s量，酸用量，去離子水用量和煅燒溫度對(duì)樣品光催化性能的影響，結(jié)果顯示，制備過程中鹽酸的最佳加入量為5mL，去離子水的最佳加入量為10mL，摻雜濃度為1％時(shí)最佳，煅燒溫度為450℃時(shí)最佳。
　　（2）Cu和S共摻

5、雜納米TiO2的制備及表征
　　本實(shí)驗(yàn)將硫酸銅作為銅源，采用化學(xué)鍍技術(shù)成功將銅負(fù)載在 S-TiO2表面。采用 XRD,UV-Vis，XPS等表征方法測(cè)試了其結(jié)構(gòu)及化學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明Cu/S-TiO2光催化劑中Cu的存在形式有CuO和Cu2O兩種。負(fù)載Cu后的S-TiO2光催化劑展現(xiàn)出良好的可見光吸收性能。對(duì)比化學(xué)鍍法與化學(xué)還原法，采用化學(xué)鍍技術(shù)制備的Cu/S-TiO2催化劑Cu在S-TiO2表面分散更好，有利于光生載流子的捕獲，傳

6、輸及分離。
　?。?）N元素?fù)诫s型N-TiO2光催化劑的制備及表征
　　本實(shí)驗(yàn)通過不同的制備方法（溶膠凝膠法，沉淀法以及 NH3氣氛焙燒法）制得了一系列的N-TiO2樣品，三種方法均可制備出晶型完整的TiO2光催化劑。通過各種表征手段確定了N元素進(jìn)入TiO2晶格中。對(duì)比XRD圖譜可知，通過溶膠-凝膠（sol-gel）制備的樣品粒徑最小。由DRS圖譜可知，三種方法制得的N-TiO2樣品在不同程度上對(duì)可見光均有吸收，其中，沉淀法

7、的樣品在可見光區(qū)域吸收最為明顯。通過XPS，EPR等表征手段可知，對(duì)于沉淀法和NH3氣氛焙燒法制制得的光催化劑中均含有一定量的Ti3+，Ti3+的產(chǎn)生一方面降低了禁帶寬度，使得導(dǎo)帶上的電子在可見光的照射下也可以得到激發(fā)，而且，一定量 Ti3+的存在可以有效的減小光生載流子的復(fù)合，從而提高了光催化反應(yīng)中 TiO2的活性，當(dāng)含量過高時(shí)，Ti3+作為復(fù)合中心存在，降低了光催化劑的催化效率。以亞甲基藍(lán)溶液為探針反應(yīng)，對(duì)比三種方法制得的樣品降解M