有色二氧化鈦材料的制備及其光催化性能研究.pdf

1、興起于上世紀(jì)七十年代光催化技術(shù)，經(jīng)過三、四十年的發(fā)展，基礎(chǔ)理論逐步發(fā)展完善，半導(dǎo)體材料的光催化效果也逐步提高，有望解決當(dāng)今社會人類面臨的兩大世界性難題——環(huán)境污染以及能源危機(jī)。
　　二氧化鈦是光催化技術(shù)中最常見的半導(dǎo)體材料，以其出色的光催化性能獲得了研究人員的青睞。經(jīng)過這么多年的發(fā)展，研究人員在二氧化鈦形貌結(jié)構(gòu)和光催化改性方面均做了很多研究。最近幾年逐漸興起了一種制備黑色二氧化鈦的方法。這種方法制備的黑色二氧化鈦，不僅能夠有效的促

2、使電子(e-)與空穴(h+)的有效分離程度，顯著的增強(qiáng)了光催化對污染物的分解效果;而且可以明顯使二氧化鈦光觸媒的禁帶寬度變窄。禁帶寬度變小后的二氧化鈦對光的響應(yīng)由紫外光范圍逐漸向可見光范圍移動，從而對太陽光的吸收達(dá)到了85％，繼而明顯提高二氧化鈦催化材料對于可見光的響應(yīng)程度。同時解決了二氧化鈦只能對紫外光做出響應(yīng)的問題，改善了電子(e-)與空穴(h+)的復(fù)合率的情況。這類方法制備的黑色二氧化鈦材料廣泛應(yīng)用于太陽能發(fā)電，光解水制氫，超級電

3、容器和污染物的降解以及醫(yī)學(xué)研究。
　　本課題研究，探究了一種相對溫和的有色二氧化鈦的生產(chǎn)方法。本方法使反應(yīng)溫度由原來制備方法的800℃降到本實驗的反應(yīng)溫度為250℃-350℃。因而這種方法具有明顯的節(jié)能效果，而且反應(yīng)時間由原來的幾天縮短到幾小時，明顯縮短了反應(yīng)的時間。利用工業(yè)P25作為制備有色二氧化鈦的原始材料，通過控制不同的硼氫化鈉加入量、控制還原時間以及還原反應(yīng)的溫度，制備了不同顏色梯度（藍(lán)色-灰色-灰黑色-黑色）的有色二氧化

4、鈦。
　　通過透射電子顯微鏡表征，筆者發(fā)現(xiàn)本課題實驗制備的有色二氧化鈦具有特殊的核殼結(jié)構(gòu)(TiO2/TiO2-x)，內(nèi)部是規(guī)則的二氧化鈦晶體結(jié)構(gòu)，外部是無定型的外殼。研究表明控制的反應(yīng)條件不同，有色二氧化鈦無定型外殼的厚度不同，二氧化鈦呈現(xiàn)的外觀顏色也不一樣，通過對比其它表征發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的外殼中的氧空位(Ti3+)濃度也會不同。因為氧空位(Ti3+)的濃度對光催化反應(yīng)有不同的影響，因而材料表現(xiàn)出了不同的光催化效果。通過對材料的光催化效

5、果比較，筆者發(fā)現(xiàn)還原溫度、二氧化鈦和硼氫化鈉的量以及還原溫度對制備的有色二氧化鈦光催化效率有明顯的影響。當(dāng)還原溫度是250℃氫化鈉的質(zhì)量比為4:1.5、還原時間為1小時時，制備的藍(lán)色二氧化鈦的催化效果最佳，達(dá)到了90％左右。
　　因為有色二氧化鈦外殼是無定型的結(jié)構(gòu)，而且具有氧空位，因而相較于具有一定晶型結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)二氧化鈦更易于實現(xiàn)摻雜非金屬元素。進(jìn)而又通過“一步法”和“兩步法”分別實現(xiàn)了有色二氧化鈦的氮元素?fù)诫s，使二氧化鈦由原來的