TiO2光催化剂的掺杂改性及应用
半导体TiO2禁带宽度为3.2 eV,只能吸收紫外光才能产生活性,而紫外光仅占太阳光的5％,这样只有波长等于或小于387 nm的紫外光才能激发TiO2产生导带电子和价带空穴对而引发光催化反应。为了有效利用太阳光,对TiO2进行掺杂改性来扩展其光响应范围从而提高其在可见光区的光催化活性是目前TiO2光催化领域很重要研究课题之一。
克服这一局限性,本文侧重于将TiO2进行改性,尝试不同的掺杂方式对其改性的影响,并抑制光生电子-空穴对的复合,寻求一个最佳模式来提高TiO2在可见光区的光催化效率,达到充分利用太阳光的目的。研究内容及成果如下:
1、非补偿性掺杂:
对于n-型共掺元素,采用溶胶-凝胶法与溶剂热法相结合的方法制备了氮、铬共掺杂纳米TiO2粉体。利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、和紫外-可见光光度计(UV-Vis DRS)等手段对各试样进行表征。结果表明:钛氮铬摩尔比为1:2:10％时共掺杂二氧化钛的粒径可减小至9nm,而且其特征吸收峰红移至400nm处,可见光区光吸收强度也明显增大,从而有效提高了光催化性能。由实验数据推算出二氧化钛的原始带隙减小至1.8 eV,理论模型计算的带隙减小趋势与实验相一致。
2、补偿性掺杂:
对于p-型共掺元素,钒氮掺杂TiO2粉末也是通过溶剂热法制备的。
当氮源为尿素,钒源为五氧化二钒时制备的掺杂TiO2粉体,通过XPS表征得出氮钒原子分别以间隙、五价替换的形式掺入到晶格中。钛氮钒摩尔比为1:1:16％时共掺杂试样在紫外区和可见光区的吸收强度均大大超过空白样。该样品在紫外光下照射30min后对亚甲基蓝的降解率达到90％多。
当氮源为尿素,钒源为乙酰丙酮氧钒时制备的掺杂TiO2粉体粒径能达到10nm左右。Ti,N,V摩尔比为1:2:16％时共掺试样在所有试样中的吸收效果最好,并且钒氮共掺杂二氧化钛在30min内对亚甲基蓝的降解率能达到大约90％,有效的提高了光催化效率。
二氧化钛;光催化剂;掺杂改性;可见光吸收;亚甲基蓝降解
中国海洋大学
硕士
材料学
陈守刚
2011
中文
TQ426.8;TN304.21
70
2011-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）