過渡金屬摻雜TiO-,2-薄膜親水性及光催化性能研究.pdf

1、本研究從提高TiO<,2>光催化活性和親水性的角度對TiO<,2>進行摻雜改性，用溶膠．凝膠法在玻璃基底上制備出了高活性的過渡金屬離子摻雜的TiO<,2>光催化劑，通過X射線衍射、原子力顯微鏡(AFM)、熱重(TG)、紅外光譜(FT-IR)、紫外-可見光譜(UV-vis)、表面接觸角測量儀等多種檢測手段對薄膜的形成、形貌、結(jié)構(gòu)等進行了表征。探討了光催化改性的微觀機理，尋找制約光催化效率的本質(zhì)原因，為高效光催化劑的設計和制備提供理論依據(jù)。

2、本論文有創(chuàng)新和有意義的研究結(jié)果如下： 系統(tǒng)研究了Ni<'2+>、Cu<'2+>、Fe<'3+>摻雜對TiO<,2>親水性能的影響。實驗結(jié)果表明，當Ni<'2+>離子的摻雜摩爾濃度為3％、催化劑熱處理溫度為500℃，鍛燒時間為2h時，在黑暗的條件下能保持一周的超親水性。XRD和AFM分析表明，Ni<'2+>離子TiO<,2>抑制晶粒生長，使得粒徑變小，增強TiO<,2>薄膜的親水性能。薄膜在經(jīng)紫外光照2h后，Ni<'2+>離子摻雜

3、TiO<,2>薄膜可恢復超親水性能，一定程度上解決了催化劑中毒問題。而Cu<'2+>、Fe<'3+>摻雜對TiO<,2>薄膜親水性能影響不大。 系統(tǒng)研究了Ni<'2+>、Cu<'2+>、Fe<'3+>摻雜對TiO<,2>光催化降解有機物性能的影響。研究結(jié)果表明，Cu<'2+>摻雜TiO<,2>的光催化性能最好，摻雜Cu<'2+>能大幅度提高納米TiO<,2>的光催化特性；Fe<'3+>摻雜效果略差；Ni<'2+>摻雜反而使光催化

4、性能降低。當Cu<'2+>的摻雜摩爾濃度為3％、催化劑熱處理溫度為500℃，退火時間為2h時，薄膜降解甲基橙的能力增加了14％。Ni<'2+>、Fe<'3+>和CD<'2+>離子摻雜后使TiO<,2>的晶格發(fā)生畸變，產(chǎn)生晶格缺陷，從而使TiO<,2>晶體中電子濃度發(fā)生變化，進而影響TiO<,2>薄膜光催化性能和親水性能。我們通過對過渡金屬離子摻雜改性的微觀機理進行了探討，認為摻雜TiO<,2>光催化劑的光催化活性與摻雜離子的大小和摻雜離