水熱法制備氮摻雜-鉍修飾二氧化鈦及其可見光催化性能.pdf

1、環(huán)境污染已成為是困擾當今社會可持續(xù)發(fā)展的最大難題之一，世界各國為此都投入了大量的人力物力去尋找解決辦法。常用的物理法，化學法，生物法等往往存在著操作復雜，消除污染不徹底，費用昂貴等缺點。然而從20世紀70年代開始，半導體光催化技術(shù)的發(fā)展給解決環(huán)境污染提供了新的途徑。在眾多的半導體氧化物中，TiO2的優(yōu)勢是顯而易見的：氧化能力強，化學性質(zhì)穩(wěn)定，環(huán)境友好，而且廉價易得。但是它也存在嚴重的缺陷，例如：只能利用占太陽光中4％-5％的紫外光，并且

2、光生載流子的復合速率快。
　　 TiO2的改性能夠有效拓展其對可見光的吸收，減少光生載流子的復合。其中摻雜改性是一種重要方法，金屬離子摻雜和非金屬離子摻雜均能擴展二氧化鈦可見光吸收范圍，從而促進其可見光催化性能。非金屬摻雜中氮摻雜二氧化鈦研究一直是人們關(guān)注的熱點，鉍和氮屬于同一主族，因此研究氮摻雜和鉍修飾二氧化鈦的制備及其性能，對闡明金屬離子和非金屬離子摻雜的機理具有一定的理論研究價值。
　　 本文以納米管鈦酸(NTA)

3、為前驅(qū)體，采用水熱法制備了氮摻雜二氧化鈦(N-TiO2)和鉍修飾二氧化鈦。通過X-射線粉末衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、X-射線光電子能譜(XPS)、傅里葉紅外(FTIR)和紫外可見漫反射(UV-VisDRS)等手段對樣品的性質(zhì)進行分析測試。比較了其可見光催化活性，并對氮摻雜和鉍修飾過程中的作用機理進行了討論，主要內(nèi)容包括以下兩個部分：
　　 (1)以尿素和碳酸氫銨為氮源，采用水熱法制備了N-TiO2。得到的樣品顆粒大小在

4、50nm左右，晶型為銳鈦礦和金紅石的混晶結(jié)構(gòu)，該種混晶結(jié)構(gòu)形成于中間產(chǎn)物鈦酸銨的分解過程。亞甲基蘭(MB)脫色實驗表明，制備N-TiO2的最佳摻雜濃度為N/Ti摩爾比等于1/2。其中以尿素為氮源時得到的樣品UN-130-1/2，對MB脫色的一級動力學速率常數(shù)為商品TiO2(Degussa，P25)的586倍。通過對N-TiO2的可見光吸收和可見光催化性能研究，發(fā)現(xiàn)以NTA為前驅(qū)體時能夠增加催化劑對可見光的吸收，氮的摻入和混晶結(jié)構(gòu)對光生載

5、流子的復合起到抑制作用。
　　 (2)以氯化鉍和五水硝酸鉍為鉍源，水熱法制備了鉍修飾二氧化鈦。得到的樣品中含有部分10-20nm的菱形片狀結(jié)構(gòu)，且均由銳鈦礦相TiO2和鉍鹽水解所對應(yīng)的鉍氧鹽相復合結(jié)構(gòu)組成。甲基橙脫色實驗表明，鉍修飾二氧化鈦的最佳制備條件為水熱溫度130℃，Bi與Ti摩爾比等于1％，且與鉍源無關(guān)。以三氯化鉍為鉍源得到的BiOCl相，有利于樣品的可見光吸收，但是當其生成過量時成為光生電子-空穴的復合中心，從而降低了