Ag與Ce摻雜改性TiO2光降解催化劑的制備及光催化性能的研究.pdf

1、二氧化鈦(TiO2)，作為一種重要的半導(dǎo)體材料，憑借著其特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的性能引起了廣大學(xué)者的研究。由于它廉價(jià)、來源廣、無毒無害、生物親和性優(yōu)良以及光物理化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于催化化學(xué)、生物化學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。然而它具有較寬的帶隙（銳鈦礦相TiO2～3.27eV），造成了其需要較高能量光線激發(fā)以及光生電子-空穴容易快速復(fù)合等缺點(diǎn)，影響了對(duì)其進(jìn)一步的研究。研究表明，以貴金屬銀納米顆粒和稀土元素修飾二氧化鈦能夠促進(jìn)電子-空穴的有效分

2、離，提高復(fù)合催化劑對(duì)于光的響應(yīng)和吸收，加速光催化反應(yīng)速率。因此，本文的工作是通過摻雜稀土元素和銀來改性TiO2，提高其光催化性能。本文的工作概括起來主要有下列幾個(gè)方面:
　　(1)以鈦酸丁酯為前驅(qū)體，無水乙醇為溶劑，采用溶膠-凝膠法制備了不同Ce摻雜量的納米TiO2光催化劑xCe/TiO2(x=0.3％，0.5％，1％，2％)。通過X射線衍射(XRD)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、N2吸附-脫附(BET)、X射線光電子能

3、譜(XPS)、透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了表征。在紫外光照射下，以羅丹明B(Rh B)和亞甲基藍(lán)(MB)為降解物，研究了不同Ce含量樣品的光催化性能。結(jié)果表明，Ce的引入抑制了銳鈦礦晶粒的生長，比表面積由摻雜前的72.3m2·g-1增大到摻雜后的120.2m2·g-1，摻雜后TiO2的光催化活性大大提高，且當(dāng)Ce摻雜的摩爾分?jǐn)?shù)為0.5％時(shí)，對(duì)RhB和MB的光降解催化活性最佳，經(jīng)過180min紫外光光催化，RhB和MB的降解率分別

4、達(dá)到93.7％和86.4％。
　　(2)以鈦酸丁酯為鈦源，采用溶膠-凝膠法制備了不同熱處理溫度的Ce摻雜TiO2納米粉體。通過X射線衍射(XRD)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、N2吸附-脫附(BET)、透射電子顯微鏡(TEM)等對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了表征。以羅丹明B(Rh B)為降解物，在紫外光照射下研究了不同熱處理溫度下樣品的光催化性能。研究結(jié)果表明，在一定溫度下，Ce的摻雜抑制了TiO2銳鈦礦向金紅石相的轉(zhuǎn)變，增大了比表面積和

5、孔體積，摻雜后TiO2的光催化活性優(yōu)于商業(yè)TiO2(P25)，且當(dāng)Ce/TiO2最佳熱處理溫度為650℃時(shí)，以RhB為降解物，經(jīng)過180min光催化，降解率達(dá)到95％。
　　(3)采用溶膠-凝膠法制備了Ag/TiO2光催化劑。通過X射線衍射(XRD)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、N2吸附-脫附(BET)、透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了表征。以亞甲基藍(lán)(MB)為降解物，考察了不同Ag含量和不同煅燒溫度對(duì)樣品的光催化性

6、能影響。結(jié)果表明，摻雜Ag后，增大了樣品的比表面積，800℃時(shí)，Ag的引入抑制了TiO2銳鈦礦向金紅石相的轉(zhuǎn)變，摻雜后TiO2的光催化活性大大提高，在500℃煅燒溫度下，當(dāng)Ag的摩爾分?jǐn)?shù)為1％時(shí)，在紫外光照射下，經(jīng)過180min光催化實(shí)驗(yàn)，對(duì)MB的降解率達(dá)到90％。
　　(4)采用溶膠-凝膠法制備了Ce和Ag摻雜的Ce-Ag-TiO2光降解催化劑。以亞甲基藍(lán)為光催化反應(yīng)的模型污染物，探討不同摻雜元素的含量、不同煅燒溫度與其降解率的

7、關(guān)系。通過X射線衍射(XRD)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、N2吸附-脫附(BET)、透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，共摻雜TiO2的比表面積達(dá)到123.3m2·g-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于未摻雜和單摻雜的樣品。此外，Ce和Ag的引入抑制了TiO2銳鈦礦向金紅石相的轉(zhuǎn)變，在500℃煅燒溫度下，經(jīng)紫外光照射180min，共摻雜TiO2對(duì)MB的降解率達(dá)到92％，明顯高于未摻雜和單一摻雜的樣品，且Ce和Ag的最佳摩爾摻雜量為