納米TiO2光催化劑的摻雜及其性質研究.pdf

1、Ti02光催化材料由于具備活性高、價格低廉、性質穩(wěn)定等特性已經成為21世紀在環(huán)境凈化、水體處理等方面開發(fā)應用比較有價值的材料。但是具有較高活性的銳鈦礦晶型二氧化鈦的禁帶寬度約為3.2eV,使得活性二氧化鈦在實際中的應用受到了很大限制。另外,由于合成的二氧化鈦被光激發(fā)所產生的電子和空穴的高重新復合率,使得其對污染物質的光催化效率不高(量子產率低下)。提高Ti02的光催化效率及光響應范圍的方法及手段很多,主要有半導體復合、染料敏化、貴金屬沉

2、積、離子摻雜和雙元素共摻雜。
　　由此,本論文通過不同的方法合成不同摻雜二氧化鈦光催化材料,以一些分析手段來評價摻雜二氧化鈦的物理化學性質。
　　具體研究內容和結果如下:
　　(1)以鈦醇鹽的水解法和溶膠-凝膠法合成純二氧化鈦和摻雜二氧化鈦,且研究加水量對凝膠形成的影響。通過正交實驗的方法研究了加水量對鈦醇鹽水解及形成凝膠的影響,確定了凝膠-凝膠法合成納米Ti02光催化材料的最優(yōu)配比為:M鈦酸丁酯:M無水乙醇:M冰醋酸

3、:M去離子水=1:18:2:3.5(摩爾比),并以同樣的方法確定了鈦酸丁酯的水解條件。
　　(2)利用鈦醇鹽的水解法制備了一系列Nd和I摻雜Ti02光催化材料,Nd和I摻雜二氧化鈦光催化材料的物理性質通過X射線衍射(XRD)、紫外-可見(UV-vis)漫反射、掃描電鏡(SEM)和X射線能譜(EDS)分析,在合成過程中考慮了Nd和I摻雜比例和煅燒溫度對二氧化鈦光催化活性的影響;以亞甲基藍(MB)和牛血清白蛋白(BSA)考察合成摻雜二

4、氧化鈦的光催化活性,以大腸桿菌(E.coli)和金黃色葡萄球菌(S.aureus)為考察對象考察所制備光催化材料的抗菌性能。結果表明,Nd摻雜能夠阻止Ti02晶粒生長,并使Ti02在可見光區(qū)有幾個很強的吸收峰譜(528、587683、750、808、881 nm),這主要是由于Nd的4f電子結構所引起的。I摻雜可以極大的擴展TiO2在可見光區(qū)的響應,通過Nd和I共摻雜可以使摻雜Ti02在可見光區(qū)的能帶最小擴展到2.82ev(MNd:MI

5、:MTi=5:10:100(摩爾比))。在300W碘鎢燈下對MB光催化降解和對BSA損傷有最高光催化活性摻雜Ti02摻雜比例為MNd:MI:MTi=5:10:100(摩爾比),其對MB的降解速率為3.86×10-2min-1約是純TiO2(2.28×10-3min-1)的17倍;最佳摻雜比例材料的抗菌性主要是通過破壞E.coli和S.aureus的表面細胞膜而殺死E.coli和S.aureus。
　　(3)利用溶膠-凝膠法制備一系

6、列Nd和F摻雜Ti02光催化材料,Nd和F摻雜二氧化鈦光催化材料的性質表征與(2)中所用方法一致,在合成過程中考慮了Nd和F摻雜比例和煅燒溫度對二氧化鈦光催化活性的影響;以亞甲基藍(MB)考察合成摻雜二氧化鈦分別在紫外光和可見光下的光催化活性。結果表明,Nd摻雜在Ti02中所起的作用與(2)中一樣;F摻雜可以使TiO2晶型生長和結晶完整,且可以使Ti02吸收帶隙紅移和增強其在紫外光區(qū)的吸收,其中TiF5Nd0.5發(fā)生了最大紅移,通過計算