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可见光下Er~(3+)-Yb~(3+)及Er~(3+)-N共掺杂TiO_2纳米晶的上转换光催化性能研究

赵娜娜  
【摘要】: TiO_2作为光催化剂具有化学性质稳定、价廉易得、无毒、催化效率高等优点,具有广阔应用前景。但是,目前以TiO_2为基础的光催化技术还存在量子效率低、太阳能利用率低,使用紫外光降解需要耗费大量能源等技术难题,因而限制了TiO_2光催化方法的应用。本文以纳米二氧化钛为基质,通过掺杂稀土离子和非金属元素,利用稀土离子的上转换发光特性,吸收可见光进而发射出紫外光,实现了可见光下利用二氧化钛来降解有机化合物的目的。具体工作如下: 1.采用溶胶-凝胶法合成了Er~(3+)-Yb~(3+)共掺杂TiO_2纳米晶,采用水解沉淀法合成了Er~(3+)-N共掺杂TiO_2纳米晶。 2.利用XRD、BET、TEM、SEM、AFM、UV-Vis及光致发光光谱等手段,对所合成的Er~(3+)-Yb~(3+)、Er~(3+)-N共掺杂TiO_2纳米晶进行了系统的表征。 3.探讨了Er~(3+)-Yb~(3+)共掺杂TiO_2纳米晶在可见光下对甲基紫的光催化降解效果,考察了在不同煅烧温度(900°С,950°С,1000°С和1050°С)、甲基紫溶液初始浓度、光催化剂用量及不同pH值条件下甲基紫的光催化降解情况,提出了涉及上转换光致发光、能量吸收及传递、染料光敏化等过程的光催化机理。 4.探讨了Er~(3+)-N共掺杂TiO_2纳米晶在可见光下对甲基紫、苯酚的光催化降解效果,同样考察了不同煅烧温度(400°С,500°С,700°С和900°С),掺N量等对光催化降解的影响,研究了降解过程的动力学原理,考察了催化剂的重复利用效果。 总之,所制备的两种光催化剂均可在可见光下实现了对有机染料和有机污染物的光催化降解,降解效率可分别达到93.3%和95.6%,其光催化效果远大于未掺杂TiO_2,此项工作对进一步拓展纳米TiO_2在光催化领域的应用,特别是在可见光下降解有机污染物,具有重要意义。


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