氧化鈦表面相變及其光催化性能紫外拉曼光譜的研究.pdf

1、表面晶相結(jié)構(gòu)是影響TiO<,2>光催化性能的主要因素之一.鑒別并且控制TiO<,2>的晶相和相變過程、特別是表面物相及其相變過程是非常有意義且極具挑戰(zhàn)性的課題.本論文利用紫外、可見拉曼光譜、XRD和TEM等技術(shù)研究了TiO<,2>以及摻雜TiO<,2>的相變尤其是表面相變的機(jī)理,并在此基礎(chǔ)上建立了TiO<,2>表面晶相結(jié)構(gòu)與其光催化性能之間的關(guān)聯(lián). 由于TiO<,2>在紫外區(qū)有強(qiáng)吸收,所以紫外拉曼光譜能靈敏地反映出TiO<,2>

2、表面晶相的變化.對不同粒徑TiO<,2>相變機(jī)理的研究結(jié)果表明,TiO<,2>粒徑在10-60 nm范圍內(nèi),金紅石主要在相互接觸的銳鈦礦粒子之間的界面上成核,逐漸發(fā)展到團(tuán)聚粒子的外表面區(qū).當(dāng)TiO<,2>粒徑小于10 nm和大于60 nm,相變在銳鈦礦粒子的表面和界面上同時發(fā)生. 以光催化分解水產(chǎn)氫以及降解亞甲基藍(lán)為模型反應(yīng),建立了TiO<,2>表面晶相與光催化活性的關(guān)聯(lián).發(fā)現(xiàn)TiO<,2>的光催化性能主要與其表面晶相有關(guān),特別

3、是發(fā)現(xiàn)TiO<,2>表面銳鈦礦和體相金紅石之間的協(xié)同效應(yīng)有利于提高光催化活性. 實驗結(jié)果表明,La<,2>O<,3>可以抑制TiO<,2>由銳鈦礦向金紅石轉(zhuǎn)變.發(fā)現(xiàn)表面分散有遠(yuǎn)低于單層分散量La<,2>O<,3>的銳鈦礦相TiO<,2>可以穩(wěn)定到至少900℃,TiO<,2>粒子的長大和燒結(jié)也可以被有效抑制.另外,表面分散有非常少量La<,2>O<,3>的TiO<,2>即使經(jīng)過900℃焙燒仍然能保持很高的光催化活性.另外發(fā)現(xiàn),雖然

4、采用共沉淀方法時NiO的摻雜可以促進(jìn)TiO<,2>的相變,但是將一定量NiO負(fù)載在TiO<,2>上之后卻可以在一定程度上抑制其相變.比較了六種離子(La<'3+>,Y<'3+>,Pr3+,Al<'3+>,w<'6+>,SO<,4><'2->)對TiO<,2>相變的影響,發(fā)現(xiàn)La<'3+>對TiO<,2>相變具有最顯著的抑制效果. 此外,還進(jìn)一步研究了摻雜La<,2>O<,3>的ZrO<,2>從四方相到單斜相的相變.采用共沉淀方法