碳掺杂介孔TiO2及其可见光催化性能研究

• 作 者: 李振超
• 出 处: 河北工业大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 碳掺杂TiO2 介孔微球 不外加碳源 可见光催化

二氧化钛是一种很有前途的光催化材料,因其具有稳定、廉价、无毒等优点被广泛应用于水解制氢,空气和水的净化等各领域。然而,纯二氧化钛的带隙较宽（3.2eV）,只能利用太阳光中的紫外光,使其应用受到限制。因此,制备具有高效的可见光响应的二氧化钛光催化剂成为二氧化钛研究的热点。本文通过碳掺杂使二氧化钛禁带宽度降低,实现其可见光催化特性;通过控制煅烧温度,降低二氧化钛晶粒尺寸,增加二氧化钛的比表面积,从而增强其光催化活性。主要内容包括以下两部分:（1）本文采用钛酸四丁酯在氨水中水解的方法,不需外加碳源,经过不同温度煅烧制备了碳掺杂介孔锐钛矿型TiO₂粉体催化剂（CT）。研究了煅烧温度对TiO₂晶体结构与形貌、比表面积及介孔结构、光学性能的影响,分析碳的存在形式,并对催化剂进行可见光催化性能的研究。结果表明,最佳煅烧温度为350℃,制得的样品为CT-350。其晶粒尺寸较小（10.8 nm）,有利于光生载流子的迁移和扩散,降低光生电子空穴对的复合率。CT-350具有较大的比表面积(281.3 m²g^-1),使光催化活性位点增多。C取代TiO₂晶格中Ti的位置,形成C–O–Ti结构,使半导体禁带宽度降低至2.8 eV,使光吸收范围扩展到可见光区。CT-350在可见光下对罗丹明B的降解速率是商用TiO₂（P25）的4倍,且具有优良的可见光催化稳定性。（2）通过水浴处理TiO₂的前驱体,改进制备方法,制备了碳掺杂介孔锐钛矿型TiO₂微球催化剂（MPCTMS）。研究了煅烧温度对TiO₂晶体结构与形貌、比表面积及介孔结构、光学性能的影响,分析碳的存在形式,并对催化剂进行可见光催化性能研究。结果表明,微球尺寸为500 nm左右。最佳煅烧温度为350℃,制得样品为MPCTMS-350。MPCTMS-350具有更小晶粒尺寸（8.1 nm）和较大的比表面积(269.8 m²g^-1);C取代TiO₂晶格中的O,形成Ti–C结构,使半导体禁带宽度降低至2.75 eV,使光吸收范围扩展到可见光区。MPCTMS-350比CT-350具有更小的晶粒尺寸和更窄的禁带宽度。因此,MPCTMS-350具有更强的可见光催化性能。MPCTMS-350在可见光下对罗丹明B的降解速率是P25的7倍,且具有优良的可见光催化稳定性。