可见光诱导N-金属离子共掺杂TiO_2光催化剂的制备及活性

【摘要】：TiO_2在紫外光照射下可将许多生物难降解的有机物矿化成H_2O和CO_2等小分子物质，并具有无毒、性质稳定、不溶于水、价廉易得等优点，应用前景广阔。但是TiO_2光催化的高带隙宽度决定了它只接受紫外光的辐射。从利用太阳能的角度出发，使TiO_2光催化剂实现占太阳能中大部分的可见光响应是将这一技术推向实际应用的重要环节。 本文利用溶胶—凝胶法制备N元素和La、Ce、Mn、Fe、Zn等5种过渡金属离子共掺杂改性纳米TiO_2光催化剂，利用UV-Vis DRS、XRD、TG-DSC和XPS等多种测试手段，考察改性纳米二氧化钛催化剂在可见光下对酸性橙红和甲基橙等模型化合物的降解，探讨共掺杂机制，企图得到TiO_2光催化剂共掺杂与可见光活性之间的关系。 结果表明，N-M(M指过渡金属元素，下同)共掺杂TiO_2光催化剂具有良好的可见光响应。相对于未掺杂TiO_2和N掺杂TiO_2光催化剂，N-M共掺杂TiO_2光催化剂在可见光区表现出更高的光吸收系数，其带隙宽度减小，吸收带边发生红移。N-M共掺杂TiO_2光催化剂的晶型以锐钛矿型TiO_2为主，含有少量的金红石型。N-M共掺杂TiO_2光催化剂的粒径处于纳米级别，基本分布在10～20nm之间。N-M共掺杂TiO_2光催化剂的X光电子能谱表明催化剂的主要组成为N、O、Ti及掺杂金属元素。在可见光下N-M共掺杂TiO_2光催化剂对模型化合物的降解效果与未掺杂TiO_2、N-TiO_2和M-TiO_2相比，部分掺杂浓度活性提高，部分下降，随着金属掺杂浓度的增大，降解效果存在一个最佳掺杂浓度，效果最佳的共掺杂光催化剂的降解效果均优于未掺杂TiO_2、N-TiO_2和M-TiO_2光催化剂。对于不同温度焙烧的N-M共掺杂TiO_2光催化剂，其在可见光区的响应随着温度的升高而变化，其粒径随着焙烧温度的升高而增大，金红石的含量逐渐上升，其对模型化合物的降解效果也存在一个最佳焙烧温度。相同条件下制得的N-M共掺杂TiO_2光催化剂的活性比较顺序为N-Ce＞N-La＞N-Fe≈N-Mn≈N-Zn共掺杂。

【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：X505