论文部分内容阅读
随着纳米材料在环境领域的发展，纳米TiO2因其光催化活性高、化学性质稳定、无毒、强氧化性、廉价等诸多优点而被广泛研究和应用。但由于TiO2的禁带宽度较大，只能被波长小于387 nm的紫外光所激发，不能有效地利用太阳光中占绝大部分的可见光，使其实际应用受到了极大的限制。因此，本课题通过制备能被可见光激发的掺钒TiO2粉体，提高了TiO2的光催化活性。
利用溶胶凝胶法制备了不同比例的掺钒TiO2粉体及薄膜，利用热差分析仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、FT-IR傅立叶变换红外光谱仪、拉曼光谱仪、紫外-可见光分光光度仪、原子荧光光谱仪、等分析技术对所制备的粉体的晶相结构、光谱吸收性能、表面化学组成及化学状态等进行了分析和表征。主要研究内容及研究结果如下：
1．掺钒TiO2粉体(1)所制备的粉体的相变温度为400℃左右，钒离子的掺杂抑制了TiO2山锐钛矿相向金红石相的转变。通过XRD有效的证明了钒离子是以置换钛离子的方式掺入TiO2品格中的；
(2)在粉体中，钒离子主要是以V5+形式存在于TiO2晶格中，且掺杂钒离子后桥氧和羟基的浓度增大；
(3)FT-IR红外光谱和拉曼光谱表明，掺钒TiO2粉体中有新键Ti-O-V生成；
(4)掺钒后TiO2的吸收光谱带边红移到600 nm左右，大大增强了催化剂对可见光的吸收；钒的掺杂的使荧光强度下降，有效抑制了电子-空穴对的复合；
(5)利用正交试验法，得到了掺钒TiO2粉体在可见光下的最佳制备条件：热处理温度为300℃，反应液量为80 ml，制备温度为60 ℃，V、Ti的原子个数百分比为2.44％，pH值为1.5；
(6)掺钒TiO2粉体对甲基橙的降解率在可见光照射2小时后可达到92％，是德国Degussa P25的2.45倍，并且明显优于在同等条件下自制的纯TiO2粉体。
2．掺钒TiO2薄膜和掺钒/SiOz/TiO2薄膜在普通日光灯下，掺钒量为2.44％的薄膜具有较好的亲水性，光照10小时后接触角为9°；通过加入SiO2提高了薄膜的亲水性，使薄膜达到了超亲水性的效果，光照10小时后接触角为O°。
本文的创新点主要体现通过溶胶凝胶法制备得到能被可见光激发的掺钒TiO2粉体、掺钒TiO2薄膜和掺钒/SiO2/TiO2薄膜，光谱吸收阈值红移至600nm，大大提高了对太阳光的利用率。掺钒TiO2粉体及其薄膜在可见光下同时具有很好的光催化性和超亲水性。