低温软化学方法合成纳米二氧化钛及其可见光光催化性能研究

【摘要】： 在众多的半导体光催化材料中,TiO2因为其强氧化性、无毒、好的耐光化学腐蚀性以及价格低廉等优点而被广泛应用。但锐钛矿TiO2的禁带宽度为3.2 eV,只能被近紫外光区的光源(波长400 nm)所激发,而这部分光源只占太阳光谱的4%左右。为了更有效的利用占太阳光谱43%的可见光,有很多研究小组都试图将TiO2的光吸收边延伸至可见光区。 我们首先利用可控一锅水热法合成了板钛矿和金红石比例可调的高效混晶TiO2光催化剂。该方法以四氯化钛为钛源,三乙胺为调节剂,通过改变三乙胺的加入量来控制混晶TiO2中板钛矿和金红石的比例。反应所制备的样品通过X射线晶体衍射仪(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM),高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、紫外可见漫反射光谱仪(DRS)以及氮气吸脱附进行表征。TiO2光催化剂的光催化活性通过模拟自然光照射下降解罗丹明B(RhB)来进行评价。当在反应体系中加入3 mL三乙胺和10 mL水时,所制备的含有38%板钛矿和62%金红石的混晶TiO2具有很好的界面结构,从而表现出很高的光催化活性。其光催化活性是德国Degussa公司生产的商业化二氧化钛P25粉末的6倍。我们对于混晶TiO2中板钛矿和金红石比例的调节机理也进行了相关的讨论。 接着,我们以钛酸异丙酯(TTIP)为钛源,通过在氯仿中加入少量水,在150度低温条件下反应24小时,无需任何热后处理步骤,控制合成了碳氯共掺杂锐钛矿TiO2光催化剂。掺杂剂碳和氯来源于反应体系中氯仿的分解,通过改变水与钛酸异丙酯的比例,可以很方便的调节TiO2晶粒尺寸大小以及掺杂剂的含量。样品通过X射线晶体衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、氮气吸脱附、X-射线光电子能谱仪(XPS)以及紫外可见漫反射光谱仪(DRS)进行表征。合成的碳氯共掺杂锐钛矿TiO2光催化剂具有介孔结构以及高的比表面积(158.1～469.6 m2/g)。所制备碳氯共掺杂锐钛矿TiO2光催化剂的光催化效率通过可见光照射下降解罗丹明B(RhB)来进行评价。当水与钛酸异丙酯的比例为2时,所制备的碳氯共掺杂锐钛矿TiO2具有最好的光催化活性,其活性远远高于以前文章中所报道的碳掺杂二氧化钛和氯掺杂二氧化钛。其高光催化效率主要归因于大的比表面积以及碳氯共掺杂所导致的协同效应。