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钴离子掺杂二氧化钛纳米管的制备及光催化性研究

刘志海  
【摘要】: 本文以钛酸丁酯为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备了未掺杂和钴离子及铁、镍离子掺杂的二氧化钛纳米粉体。以此为原料,通过水热法制备了一系列的二氧化钛纳米管。用扫描电镜、透射电镜、粉末X射线衍射、能谱等手段对产物进行表征和分析,并在紫外光-罗丹明B溶液体系中研究其光催化性能。 研究表明:所制得的不同晶型的二氧化钛纳米管,均为开口、中空管,管径均在35nm左右,管长均在200~1000nm之间。随着作为原料的纳米粉体热处理温度升高,纳米管之间的团聚现象减少,分散性越来越好。 水热法制备的二氧化钛纳米管与原始粉体相比,晶型未发生改变。镍离子的掺杂,使得二氧化钛纳米管晶型转变的温度升高。 二氧化钛纳米管的光催化性优于原始纳米粉体。通过对钴离子掺杂的二氧化钛纳米管研究,发现钴离子的掺杂存在一个最佳掺杂量。高于或低于最佳掺杂量,光催化效率均下降。随着罗丹明B初始浓度的提高,纳米管对其光催化降解效率下降,且在体系中纳米管的加入量存在一个最佳值。 钴离子掺杂的二氧化钛纳米管光催化降解罗丹明B反应为一级反应,反应速率常数由钴离子的掺杂量决定,与罗丹明B的初始浓度和纳米管的加入量无关。铁、镍离子掺杂的二氧化钛纳米管的光催化降解罗丹明B反应亦为一级反应。 铁系过渡金属离子掺杂的二氧化钛纳米管,光催化效率优于相同条件下制备的未掺杂二氧化钛纳米管。光催化效率由大到小排列顺序:Co~(2+)Fe~(3+)Ni~(2+)纯。


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