可見光響應(yīng)非金屬摻雜納米二氧化鈦的制備及性能研究.pdf

1、二氧化鈦具有光催化活性高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒和低成本等優(yōu)勢，是一種優(yōu)良的光催化劑，具有廣泛的應(yīng)用前景。但是，TiO2的禁帶寬度較大(Eg=3.2eV)，需要在λ≤387.5nm的紫外光照射下才能表現(xiàn)出光催化活性。在太陽光中這部分能量僅占3-5％，限制了對太陽能的有效利用。此外TiO2混晶中兩相晶型比例難以調(diào)控、相轉(zhuǎn)化溫度低等也成為制約其大規(guī)模實用化的瓶頸問題。因而，具有可見光響應(yīng)、晶型可調(diào)控、低成本且熱穩(wěn)定性較高的納米TiO2光催化劑的

2、研究開發(fā)成為該技術(shù)的核心問題。 本論文以廉價易得的無機鹽TiCl4為原料，采用沸騰回流強迫水解法制備納米TiO2。利用X-射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、紅外光譜(FT-IR)、紫外-可見漫反射吸收光譜(UV-Vis)、X-射線光電子能譜(XPS)、紫外拉曼光譜(UV-Raman)等表征手段研究了不同元素摻雜及不同摻雜量對TiO2粉體粒徑、形貌和晶相組成的影響。制備出粒徑小、晶相組成可控且具有可見光響應(yīng)的納米TiO2粉體

3、。 選用磷酸二氫鈉、硫酸鈉、硅酸鈉作為磷、硫、硅來源，合成了非金屬磷、硫、硅摻雜的納米TiO2。采用XRD、TEM等表征手段研究了非金屬摻雜對粉體粒徑、形貌和晶相組成的影響；利用UV-Vis研究了摻雜TiO2的吸收光譜；使用XPS研究了摻雜元素磷、硫、硅在納米TiO2表面和體相的化學(xué)狀態(tài)。實驗結(jié)果表明：P、S的摻雜有利于形成銳鈦礦型TiO2，添加量與產(chǎn)物中銳鈦礦百分含量成線性關(guān)系，有利于調(diào)控混晶中兩相的比例。P摻雜使得產(chǎn)物的相轉(zhuǎn)

4、變溫度有了顯著提高，其中效果最明顯的8％P-TiO2相轉(zhuǎn)變溫度為1000℃，比文獻中報道的提高了400℃左右。S摻雜得到了小粒徑、均勻球型的納米TiO2，并且有Ti-O-S鍵的形成。Si的摻雜有利于銳鈦礦相納米TiO2的形成，摻雜后樣品均為混晶，產(chǎn)物粒徑較未添加前有所減小，形成了Ti-O-Si鍵。紫外-可見漫反射吸收光譜表明：P、S、Si摻雜TiO2的吸收邊發(fā)生明顯紅移拓展至可見光區(qū)。 采用甲基橙作為模擬污染物，研究了摻雜TiO

5、2在紫外光照射和低功率LED可見光照射下的光催化活性。結(jié)果表明：在紫外光照射下P、S、Si摻雜TiO2的光催化活性均遠遠高于未摻雜時，且很多樣品優(yōu)于P25。其中光催化效果最好的樣品分別為：0.8％P-TiO2，0.8％S-TiO2和0.6％Si-TiO2，它們在90min降解率分別為：96.91％，96.1％和94.5％；同樣條件下未摻雜樣品和P25的降解率分別為54.9％和75.0％。在可見光照射下，P25與未摻雜樣品均無可見光光催化