掺氮TiO2的制备及其光催化性能

• 作 者: 任凌
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 掺氮TiO2 可见光催化 电子受体

TiO₂光催化剂由于它具有价格低廉、无毒、稳定和催化效率高等优点，受到了人们越来越多的关注。在众多通过改性手段改善催化剂活性的领域中，拓宽对光的吸收范围从而提高其光催化效率成为现在研究的重要环节。目前，对TiO₂的改性主要集中在阴离子掺杂，其中，氮掺杂被认为是具有较好可见光活性。本文以钛酸丁酯和尿素作为起始反应产物，采用设备经济、操作简单，重复性好的溶胶-凝胶法制备出掺氮TiO₂粉末。通过UV-Vis、XRD、BET、IR、FL等表征手段测试表明：掺氮不仅使TiO₂的光吸收区域拓展到可见光区，而且有利于延缓TiO₂晶相的转换（从锐钛矿向金红石转化），从而抑止了高温煅烧下所引起的晶粒增大以及比表面积的降低，且氮源浓度越高，此现象越明显，这些特征都有利于催化剂光催化活性的提高；在主波长大于400nm的可见光催化亚甲基蓝实验当中，掺氮TiO₂的光催化活性明显优越于未掺氮样品，亚甲基蓝在90min内达到88％的脱色率。除了上述原因外，本文还发现催化剂的表面羟基数量与其光催化效果呈一致性规律；同样，在紫外光催化降解亚甲基蓝实验中，发现掺氮TiO₂的活性顺序和在可见光催化下的一致。为了防止氮掺杂位置上所引起的光生电子和空穴的复合，本文选择了Fe（NO₃）₃、KClO₃、KBrO₃以及KIO₃作为电子受体，研究了它们对掺氮TiO₂光催化性能的影响。结果表明：每种电子受体对掺氮TiO₂光催化活性的提高都存在着一个最佳浓度，其中在KBrO₃的协同下，掺氮TiO₂光催化活性获得最大幅度的提高，在相同条件下，把KBrO₃应用于非掺氮TiO₂的光催化体系中，发现其提高的幅度依然不如掺氮TiO₂。