摻金屬離子納米TiO-,2-薄膜光催化性能及機(jī)理研究.pdf

1、本文系統(tǒng)研究六種金屬離子摻雜 TiO<,2>薄膜的摻雜機(jī)理，并結(jié)合X-射線衍射(XRD)以及掃描電鏡(SEM)形貌分析，分別研究了摻雜離子的種類、摻雜濃度、離子半徑、離子價態(tài)、離子電荷、離子穩(wěn)定氧化態(tài)的電子親和勢以及氧化物的生成焓與納米TiO<,2>薄膜的光催化性能之間的關(guān)系。 以鈦酸四丁酯和無水乙醇為原料，加硝酸鹽溶液引入金屬離子，采用溶膠-凝膠法和浸漬-提拉法在玻璃表面施涂膜層，鍍膜速度控制在2～3mm/min。通過熱處理以

2、后，得到均勻透明、顆粒分布均勻的摻雜納米TiO<,2>薄膜，并且薄膜相結(jié)構(gòu)均為銳鈦礦相和金紅石相，每次制備出的納米粒子粒徑穩(wěn)定在 30～50nm。光催化降解甲基橙試驗結(jié)果表明，La<'3+>、Ce<'3+>、 Fe<'3+>、Ni<'2+>、Cu<'2+>的摻雜明顯提高了TiO<,2>的光催化活性，其中 Fe<'3+>摻雜的 TiO<,2>薄膜光催化降解率最高，達(dá)到90.01％，而Zn<'2+>的摻雜則在一定程度上降低了TiO<,2>光

3、催化降解甲基橙的能力，本試驗條件下光催化降解能力依次為Fe<'3+>>La<'3+>>Ni<'2+>>Cu<'2+>>Ce<'3+>>Zn<'2+>。離子摻雜濃度與光催化性能試驗結(jié)果表明，隨著摻雜Fe<'3+>濃度的增加光催化活性提高，隨著摻雜La<'3+>濃度的增加光催化活性下降；Cu<'2+>、Ce<'3+>的最佳摻雜濃度為5％，Ni<'2+>的最佳摻雜濃度為3％；隨著光照時間的增加，摻雜上述離子均使TiO<,2>的降解率增大。經(jīng)過

4、多次試驗和各種測試結(jié)果證明，除了Ce<'3+>外，摻雜離子后隨著粒徑的減少，銳鈦礦相的含量呈遞增的趨勢，光催化活性也越來越好。在摻雜Fe<'3+>濃度為5％時粒徑較小，達(dá)到38.23nm，光催化活性較高；而摻雜Zn<'2+>時粒徑較大，為41.86nm，光催化活性較低。此外，離子電荷與半徑的比值 q/r 與催化活性的變化規(guī)律基本相同，q/r 值越大即離子的得電子能力越強(qiáng)。摻雜元素穩(wěn)定氧化態(tài)電子親和勢與離子半徑的比值 Ea/r 與催化活性