摻雜及共摻雜TiO2的制備及其性能研究.pdf

1、TiO2在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換和存貯、自潔、有機(jī)污染物降解等方面引起廣泛的關(guān)注。但由于其帶隙較寬，只能吸收波長(zhǎng)較短的紫外光，使得太陽(yáng)能的利用率較低；離子摻雜可以在TiO2中引入捕獲阱，使光激發(fā)產(chǎn)生的電子與空穴得到有效分離，減少光生電子和空穴的復(fù)合，從而提高光量子效率。本文采用溶膠-凝膠法制備了摻雜和共摻雜TiO2薄膜和粉末，制備的樣品采用X射線衍射(XRD)，紫外可見光譜(UV-Vis),掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線光電子能譜(XPS)和X射

2、線能譜(EDS)進(jìn)行測(cè)試表征，并對(duì)甲基橙水溶液的降解動(dòng)力學(xué)作了初步探討。
　　采用溶膠-凝膠法和浸漬提拉法制備了TiO2薄膜，系統(tǒng)地考察了反應(yīng)物體積比、水的添加量、反應(yīng)溫度、熱處理溫度和熱處理時(shí)間等工藝條件參數(shù)對(duì)TiO2薄膜的物相結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能及微觀結(jié)構(gòu)等方面的影響。結(jié)果表明，所制備的薄膜銳鈦礦晶型較好，隨著熱處理溫度的升高，晶粒有長(zhǎng)大的趨勢(shì)，透過性良好。經(jīng)紫外光照射后，450℃的樣品的親水性能最好，接觸角為5°。對(duì)TiO2薄膜進(jìn)

3、行了釩摻雜改性，制備的樣品均為銳鈦礦相；隨著摻雜量的增大，薄膜變得更加均勻，透過性良好；經(jīng)紫外和可見光照射后，接觸角均有下降，釩的摻雜量為1.46％，紫外光照射后，薄膜接觸角下降到4°；釩的摻雜量為6.90%，可見光照射后薄膜的接觸角下降到6°。
　　通過正交實(shí)驗(yàn)對(duì)合成TiO2粉末工藝進(jìn)行了優(yōu)化，當(dāng)反應(yīng)物體積配比（鈦酸丁酯︰無水乙醇︰硝酸︰水）為15︰45︰1.5︰1，反應(yīng)溫度40℃，熱處理溫度450℃，熱處理時(shí)間2h時(shí)，紫外光下

4、甲基橙溶液的降解率最好，2h降解率為82.1%。制備了摻釩、摻鈮、釩氮共摻雜和鐵氮共摻雜TiO2，樣品可見光催化活性較純TiO2提高1.5倍左右。
　　釩、鈮的摻雜抑制了金紅石的產(chǎn)生，隨著摻雜量的增大，銳鈦礦（101）衍射峰強(qiáng)度降低；摻釩TiO2由近似球形的納米粒子組成，摻雜鈮的粒子呈現(xiàn)片狀，均勻性、分散性相對(duì)較好，且粒徑分布較窄，平均10nm左右；通過XPS發(fā)現(xiàn)， V、Nb5+進(jìn)入了TiO2的晶格；釩氮、鐵氮共同引入對(duì)晶型轉(zhuǎn)化有