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【摘要】本文通过溶胶-凝胶法制备了TiO2光催化剂，并在此基础上制备了氯化锰掺杂的TiO2光催化剂。通过对亚甲基蓝的光催化降解实验表征了该催化剂在可见光下对染料污染物的降解能力。
【关键词】纳米二氧化钛 掺杂 溶胶-凝胶法
自从1972年Fujishina和Honda发现在光照条件下TiO2能够分解H2O以来，TiO2的光催化性能日益受到学者们的重视[1-3]。但TiO2光谱响应范围窄限制了它在污染物降解中对太阳能的利用，因此，负载TiO2成为了研究热点。本文采用溶胶-凝胶法来制备TiO2，并在此基础上制备了掺杂了氯化锰的TiO2光催化剂。通过亚甲基蓝的光催化降解实验对催化剂的可见光催化性能进行了探究。
1 实验
1.1 光催化剂的制备
1.1.1纳米TiO2光催化剂的制备
将一定量的无水乙醇溶于盛有称取好的钛酸丁酯（C16H36O4Ti）烧杯中，制得A液；向A液中先后滴入盐酸和乙酸，将A液置于集热式恒温磁力搅拌器上在室温下持续搅拌。将无水乙醇和蒸馏水的混合液（B液）缓慢滴入A液中，待B液滴完后再继续搅拌2 h即可得到TiO2溶胶，陈化24 h，得到凝胶。将干凝胶研磨后于450 ℃下焙烧4 h即可得到TiO2光催化剂粒子。
1.1.2 氯化锰掺杂纳米TiO2的制备
氯化锰掺杂纳米TiO2的制备方法与纳米TiO2光催化剂的制备方法相同，只是将B液换成氯化锰、蒸馏水和无水乙醇的混合液。
2 结果与讨论
2.1催化剂的表征
图1 B为纯的TiO2、C为MnCl2/TiO2样品的紫外可见漫反射光谱图
图1为纯的TiO2（B）和掺杂MnCl2/ TiO2样品（C）的紫外可见漫反射光谱图。由图可以看出，掺杂氯化锰的TiO2样品在紫外光区有较低的反射，其反射率小于纯的TiO2，说明氯化锰掺杂能提高TiO2对紫外光的吸收，但是并不能改变TiO2的光响应范围。
图2 不同样品用量对亚甲基蓝降解240 min后的降解曲线 （B）8 mg；（C）40 mg；（D）200 mg；（E）500 mg
由图2可知，随着MnCl2/TiO2样品用量的增加，亚甲基蓝溶液的降解率逐渐增大，在催化剂用量为0.2 g时降解率最高，在240 min时亚甲基蓝光催化降解效率可以达78%以上；继续增加催化剂的量时，亚甲基蓝光催化降解率开始下降，所以催化剂的最佳投入用量为1 g/L。其原因有可能是：当MnCl2/TiO2的投入量较少时，光源产生的光子不能被完全转化为化学能，使得光子能量不能得到充分的利用。适当增加催化剂的用量，可以产生更多的活性物种，增大反应的固液接触面，进而提高催化反应速率。但当催化剂的加入量过大时，较高浓度的MnCl2/TiO2悬浮颗粒会对入射光屏蔽和散射入射光，影响溶液的透光率而损失光能。
3 结 论
采用溶胶-凝胶法制备的掺杂氯化锰的TiO2光催化剂。通过紫外可见图谱说明掺杂氯化锰不能扩展TiO2的光响应范围；在亚甲基蓝溶液初始浓度为10 mg/L，催化剂用量为8 mg时，可见光照射4 h降解率达到84.66%。
【参考文献】
[1] Fujishima A，Honda K.Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode[J].Nature，1972，238 （5358）：37 -38.
[2] Asahi R， Morikawa T， Ohwaki T， Aoki K， Taga Y.Visible-light photocatalysis in nitrogen-doped titanium oxides[J].Science，2001，293-296.
[3] Ryuhei Nakamura，Tomoaki Tanaka，Yoshihiro Nakato.
Mechanism for visible light responses in anodic photocurernts at N-Doped TiO2 film electrodes [J].J.Phys.Chem.B.2004，108（30）：10617-10620.
【关键词】纳米二氧化钛 掺杂 溶胶-凝胶法
自从1972年Fujishina和Honda发现在光照条件下TiO2能够分解H2O以来，TiO2的光催化性能日益受到学者们的重视[1-3]。但TiO2光谱响应范围窄限制了它在污染物降解中对太阳能的利用，因此，负载TiO2成为了研究热点。本文采用溶胶-凝胶法来制备TiO2，并在此基础上制备了掺杂了氯化锰的TiO2光催化剂。通过亚甲基蓝的光催化降解实验对催化剂的可见光催化性能进行了探究。
1 实验
1.1 光催化剂的制备
1.1.1纳米TiO2光催化剂的制备
将一定量的无水乙醇溶于盛有称取好的钛酸丁酯（C16H36O4Ti）烧杯中，制得A液；向A液中先后滴入盐酸和乙酸，将A液置于集热式恒温磁力搅拌器上在室温下持续搅拌。将无水乙醇和蒸馏水的混合液（B液）缓慢滴入A液中，待B液滴完后再继续搅拌2 h即可得到TiO2溶胶，陈化24 h，得到凝胶。将干凝胶研磨后于450 ℃下焙烧4 h即可得到TiO2光催化剂粒子。
1.1.2 氯化锰掺杂纳米TiO2的制备
氯化锰掺杂纳米TiO2的制备方法与纳米TiO2光催化剂的制备方法相同，只是将B液换成氯化锰、蒸馏水和无水乙醇的混合液。
2 结果与讨论
2.1催化剂的表征
图1 B为纯的TiO2、C为MnCl2/TiO2样品的紫外可见漫反射光谱图
图1为纯的TiO2（B）和掺杂MnCl2/ TiO2样品（C）的紫外可见漫反射光谱图。由图可以看出，掺杂氯化锰的TiO2样品在紫外光区有较低的反射，其反射率小于纯的TiO2，说明氯化锰掺杂能提高TiO2对紫外光的吸收，但是并不能改变TiO2的光响应范围。
图2 不同样品用量对亚甲基蓝降解240 min后的降解曲线 （B）8 mg；（C）40 mg；（D）200 mg；（E）500 mg
由图2可知，随着MnCl2/TiO2样品用量的增加，亚甲基蓝溶液的降解率逐渐增大，在催化剂用量为0.2 g时降解率最高，在240 min时亚甲基蓝光催化降解效率可以达78%以上；继续增加催化剂的量时，亚甲基蓝光催化降解率开始下降，所以催化剂的最佳投入用量为1 g/L。其原因有可能是：当MnCl2/TiO2的投入量较少时，光源产生的光子不能被完全转化为化学能，使得光子能量不能得到充分的利用。适当增加催化剂的用量，可以产生更多的活性物种，增大反应的固液接触面，进而提高催化反应速率。但当催化剂的加入量过大时，较高浓度的MnCl2/TiO2悬浮颗粒会对入射光屏蔽和散射入射光，影响溶液的透光率而损失光能。
3 结 论
采用溶胶-凝胶法制备的掺杂氯化锰的TiO2光催化剂。通过紫外可见图谱说明掺杂氯化锰不能扩展TiO2的光响应范围；在亚甲基蓝溶液初始浓度为10 mg/L，催化剂用量为8 mg时，可见光照射4 h降解率达到84.66%。
【参考文献】
[1] Fujishima A，Honda K.Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode[J].Nature，1972，238 （5358）：37 -38.
[2] Asahi R， Morikawa T， Ohwaki T， Aoki K， Taga Y.Visible-light photocatalysis in nitrogen-doped titanium oxides[J].Science，2001，293-296.
[3] Ryuhei Nakamura，Tomoaki Tanaka，Yoshihiro Nakato.
Mechanism for visible light responses in anodic photocurernts at N-Doped TiO2 film electrodes [J].J.Phys.Chem.B.2004，108（30）：10617-10620.