金屬離子改性TiO2納米顆粒的可見光光催化性能研究.pdf

1、本課題通過采用金屬離子摻雜技術(shù),旨在制備出具有可見光響應(yīng)的新型TiO2光催化劑,使其光響應(yīng)波長(zhǎng)紅移至可見光區(qū),能更大程度地利用可見光降解有機(jī)污染物。具體進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究:
　　(1)鉍摻雜改性TiO2納米粒子的制備及其可見光光催化性能研究;
　　(2)鈰摻雜改性TiO2納米粒子的制備及其可見光光催化性能研究;
　　(3)鐠摻雜改性TiO2納米粒子的制備及其可見光光催化性能研究;
　　(4)釹摻雜改性TiO

2、2納米粒子的制備及其可見光光催化性能研究。
　　通過XRD、XPS、FT-IR、UV-Vis、TEM、BET以及熒光光譜等手段對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)、形貌、組成以及光譜特性進(jìn)行了表征,研究結(jié)果如下:
　　1. TiO2經(jīng)鉍摻雜改性后,晶型以銳鈦礦為主,晶粒粒徑較純TiO2小,說明摻雜鉍離子有效抑制了納米晶體的轉(zhuǎn)化及生長(zhǎng)。摻雜后催化劑的吸收光譜發(fā)生了紅移,光生電荷復(fù)合率降低?？梢姽庹丈湎陆到饬_丹明B的實(shí)驗(yàn)顯示,Bi摻雜的TiO2具有較高

3、的穩(wěn)定的催化活性,其中摻雜量為2.0％(mol%)時(shí)光催化效率最佳。在光催化降解過程中,催化劑表面吸附的·OH對(duì)羅丹明B的降解起著最重要的作用。
　　2.經(jīng)鈰摻雜的TiO2,其可見光催化活性明顯得以提高,并且穩(wěn)定性較好。在光催化降解過程中,催化劑表面吸附的·OH對(duì)羅丹明B的降解起著最重要的作用。其最佳摻雜量為3.0%(mol%),溶膠-水熱法合成的Ce-TiO2的晶型以銳鈦礦為主,摻鈰后晶粒粒徑變小,表明Ce摻雜有效抑制了納米晶體

4、的生長(zhǎng)。紫外可見吸收光譜表明,Ce的摻雜使TiO2的吸收光譜發(fā)生顯著紅移。熒光光譜分析結(jié)果表明Ce摻雜可有效降低光生電荷的復(fù)合幾率。
　　3.鐠摻雜TiO2光催化劑具有良好的穩(wěn)定性,晶型以銳鈦礦為主,且晶粒粒徑比未摻雜的要小,說明Pr摻雜有效抑制了納米晶體的生長(zhǎng)。光催化降解實(shí)驗(yàn)表明,摻雜量為2.0%(mol%)時(shí),樣品的光催化活性最佳。Pr摻雜后,TiO2表面吸附的H2O和羥基的數(shù)量有所增加,益于TiO2光催化劑活性的提高。熒光光

5、譜表明,2.0%Pr-TiO2的表面捕獲態(tài)比純TiO2低,并能夠抑制光生電荷的復(fù)合,從而提高TiO2的光催化活性。在光催化降解過程中,催化劑表面吸附的·OH對(duì)羅丹明B的降解起著最重要的作用。
　　4.經(jīng)釹元素?fù)诫s改性的TiO2光催化劑,具有良好的穩(wěn)定性。當(dāng)Nd:Ti=3.0:100(mol%)時(shí),其光催化活性最佳。Nd-TiO2的晶型以銳鈦礦為主,且其晶粒粒徑比未摻雜的粒徑小。低溫N2吸附-脫附測(cè)試結(jié)果表明,Nd的摻雜使得TiO2