酞菁銅敏化納米TiO-,2-光催化劑的原位合成及其可見光催化性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化技術(shù)在污水處理、空氣凈化、抗菌除臭、太陽能利用和自潔凈等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。本文在總結(jié)半導(dǎo)體光催化劑研究進展的基礎(chǔ)上，確定了以酞菁-TiO2光催化體系作為研究對象，旨在通過新的敏化方式，拓寬納米TiO2寬禁帶半導(dǎo)體的光譜響應(yīng)范圍，改善敏化劑和半導(dǎo)體的結(jié)合方式，研發(fā)具有高可見光活性的染料敏化TiO2光催化劑。 采用超聲輔助熱液水解法和水熱法，分別以四氯化鈦(TiCl4)或鈦酸丁酯為原料、三乙醇胺(TEA)作絡(luò)合劑、四

2、磺酸酞菁銅(CuPcTs)為敏化劑，原位制備了CuPcTs敏化納米晶TiO2光催化劑；通過X射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、紫外可見漫反射譜(DRS)等對其進行了表征；通過光催化降解甲基橙(MO)、對氯苯酚(4-CP)對樣品的可見光催化性能進行了研究。 兩種方法原位合成的CuPcTs/TiO2復(fù)合光催化劑中TiO2均為銳鈦礦晶型，顆粒尺寸分別在50-60nm和20-30nm之間；CuPcTs的存在能有效拓展TiO2吸收光

3、譜至可見光區(qū)，并與TiO2協(xié)同作用，使之在可見光范圍具有明顯的光催化性能；CuPcTs/TiO2的可見光催化性能明顯高于浸漬法制備的CuPcTs/P25光催化劑。其主要原因：在原位制備過程中，一次晶粒形成時，CuPcTs就牢固吸附于晶粒表面，然后在二次顆粒形成過程中，大部分CuPcTs留在了晶界處，這樣就形成了一種CuPcTs與TiO2互穿的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)更加有利于激發(fā)態(tài)CuPcTs向TiO2導(dǎo)帶注入電子，所以其可見光催化性能明顯高于浸

4、漬法制備的CuPcTs/P25。 CuPcTs/TiO2光催化劑的可見光降解甲基橙機理分析表明，甲基橙分子的降解過程為：在羥基自由基進攻下，甲基橙的偶氮首先被破壞斷鍵，形成芳香環(huán)類中間產(chǎn)物：N，N-二甲基-4-硝基苯胺和4-氨基苯磺酸鈉，然后繼續(xù)開環(huán)降解和礦化。 敏化劑的含量對光催化劑的活性有很大的影響。含量較少時，敏化效果不明顯；含量過多時，敏化劑大量聚集在顆粒表面，使其激發(fā)態(tài)易于淬滅，同時占用當(dāng)量催化劑表面活性位，敏

5、化效果也會降低；所以敏化劑含量存在一個最佳值。 熱處理能改變CuPcTs/TiO2光催化劑表面與表面吸附物質(zhì)的狀態(tài)，從而影響樣品光催化性能。熱處理溫度存在一個最佳范圍，在此溫度范圍之前，隨熱處理溫度升高，由于表面吸附有機物以及部分吸附不牢固的敏化劑揮發(fā)，催化劑表面結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，光催化活性提高；熱處理溫度超過最佳范圍，敏化劑氧化分解，光催化劑活性降低。 光催化穩(wěn)定性試驗結(jié)果表明：原位合成的CuPcTs/TiO2復(fù)合光催化劑