共摻雜二氧化鈦中釩、氮的存在形式對丙烯可見光催化氧化性能的影響.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，自然環(huán)境受到了嚴(yán)重破壞，如何耗費(fèi)更少的能量，無二次污染的解決環(huán)境問題受到越來越多的關(guān)注。TiO2以其優(yōu)異的物理和化學(xué)性能在環(huán)境治理，開發(fā)新能源等方面得到了廣泛的研究。但由于 TiO2的禁帶寬度大，量子效率低，在實際應(yīng)用中受到限制，對TiO2進(jìn)行改性處理提高其可見光催化活性勢在必行。在對TiO2的改性過程中，研究者們發(fā)現(xiàn)金屬與非金屬共摻雜改性十分有效。特別是V、N共摻雜 TiO2催化劑體系改性效果十分優(yōu)異，但是關(guān)于

2、摻雜離子的存在狀態(tài)對其可見光催化性能影響的研究不多。本文以納米管鈦酸（NTA）為前驅(qū)體，采用不同N源、V源，對TiO2納米顆粒進(jìn)行V和N的共摻雜修飾，并對改性樣品的可見光催化活性和光電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以NTA為前驅(qū)體，V2O5和NH3為V源和N源，利用兩步高溫煅燒法制備了釩氮共摻雜 TiO2納米顆粒，并研究了釩和氮元素?fù)诫s順序?qū)λ苽錁悠方Y(jié)構(gòu)、性能的影響。所有摻雜樣品均表現(xiàn)出明顯的可見光響應(yīng)，但先摻

3、N后摻V樣品的可見光催化降解丙烯的活性遠(yuǎn)高于相反摻雜順序的樣品。這主要是由于先摻N后摻V的樣品中V4+和V5+共存，V4+/V5+能快速的轉(zhuǎn)移電荷，有效的分離電子-空穴對，而先摻V后摻N樣品中低價態(tài)的 V2+和 V3+則沒有快速轉(zhuǎn)移電子的能力；因此釩和氮的摻雜順序可通過影響摻雜元素的化學(xué)狀態(tài)，極大的影響V和N共摻雜TiO2的可見光催化活性。⑵以NH3為氮源，V2O5為V源制備的先摻V后摻N的共摻雜樣品， V離子在N摻雜過程中被強(qiáng)還原性的

4、NH3還原為V3+、V2+，不利于電子空穴的分離。為減少NH3對摻雜V離子價態(tài)的還原作用，以NTA為前驅(qū)體，V2O5為V源，采用相同的制備方法，比較了尿素和NH3兩種N源對共摻雜樣品中V離子價態(tài)的影響。對于先摻N后摻V樣品，兩種N源的樣品中V都以V5+、V4+形式存在，但N源為尿素時V5+/V4+比降低，可見光催化活性降低，暗示V5+的含量對電子傳輸和可見光催化活性的提高起著非常重要的作用，這可能是由于第一步摻 N過程中殘存微量鈦酸銨，

5、在摻 V過程中使少量V5+還原為V4+。對于先摻V后摻N的樣品，以尿素為N源時確實可以得到較高價態(tài)的V4+，從而比NH3為N源制得的樣品（釩主要以V2+和V3+形式存在）具有更高的光催化活性。這說明在樣品制備過程中，不同的N源對摻雜釩離子的價態(tài)產(chǎn)生不同的影響，進(jìn)一步影響催化劑的性能。⑶以NTA為前驅(qū)體，NH4VO3為V源，通過改變熱處理的氣氛，實現(xiàn)了摻雜不同釩離子的TiO2納米材料的可控制備，并將其作為催化劑用于丙烯的可見光催化氧化。實