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文檔簡介
1、半導體光催化技術(shù)在污水處理、空氣凈化、抗菌除臭、太陽能利用和自潔凈等領(lǐng)域有廣闊的應用前景。本文在總結(jié)半導體光催化劑研究進展的基礎上,確定了以酞菁-TiO2光催化體系作為研究對象,旨在通過新的敏化方式,拓寬納米TiO2寬禁帶半導體的光譜響應范圍,改善敏化劑和半導體的結(jié)合方式,研發(fā)具有高可見光活性的染料敏化TiO2光催化劑。 采用超聲輔助熱液水解法和水熱法,分別以四氯化鈦(TiCl4)或鈦酸丁酯為原料、三乙醇胺(TEA)作絡合劑、四
2、磺酸酞菁銅(CuPcTs)為敏化劑,原位制備了CuPcTs敏化納米晶TiO2光催化劑;通過X射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、紫外可見漫反射譜(DRS)等對其進行了表征;通過光催化降解甲基橙(MO)、對氯苯酚(4-CP)對樣品的可見光催化性能進行了研究。 兩種方法原位合成的CuPcTs/TiO2復合光催化劑中TiO2均為銳鈦礦晶型,顆粒尺寸分別在50-60nm和20-30nm之間;CuPcTs的存在能有效拓展TiO2吸收光
3、譜至可見光區(qū),并與TiO2協(xié)同作用,使之在可見光范圍具有明顯的光催化性能;CuPcTs/TiO2的可見光催化性能明顯高于浸漬法制備的CuPcTs/P25光催化劑。其主要原因:在原位制備過程中,一次晶粒形成時,CuPcTs就牢固吸附于晶粒表面,然后在二次顆粒形成過程中,大部分CuPcTs留在了晶界處,這樣就形成了一種CuPcTs與TiO2互穿的結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)更加有利于激發(fā)態(tài)CuPcTs向TiO2導帶注入電子,所以其可見光催化性能明顯高于浸
4、漬法制備的CuPcTs/P25。 CuPcTs/TiO2光催化劑的可見光降解甲基橙機理分析表明,甲基橙分子的降解過程為:在羥基自由基進攻下,甲基橙的偶氮首先被破壞斷鍵,形成芳香環(huán)類中間產(chǎn)物:N,N-二甲基-4-硝基苯胺和4-氨基苯磺酸鈉,然后繼續(xù)開環(huán)降解和礦化。 敏化劑的含量對光催化劑的活性有很大的影響。含量較少時,敏化效果不明顯;含量過多時,敏化劑大量聚集在顆粒表面,使其激發(fā)態(tài)易于淬滅,同時占用當量催化劑表面活性位,敏
5、化效果也會降低;所以敏化劑含量存在一個最佳值。 熱處理能改變CuPcTs/TiO2光催化劑表面與表面吸附物質(zhì)的狀態(tài),從而影響樣品光催化性能。熱處理溫度存在一個最佳范圍,在此溫度范圍之前,隨熱處理溫度升高,由于表面吸附有機物以及部分吸附不牢固的敏化劑揮發(fā),催化劑表面結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化,光催化活性提高;熱處理溫度超過最佳范圍,敏化劑氧化分解,光催化劑活性降低。 光催化穩(wěn)定性試驗結(jié)果表明:原位合成的CuPcTs/TiO2復合光催化劑
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