非金屬自摻雜(S,C)-TiO2的制備與光催化性能研究.pdf

1、隨著人類(lèi)社會(huì)的不斷發(fā)展，能源稀少和環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。太陽(yáng)能光催化技術(shù)在污染物降解和太陽(yáng)能燃料電池等方面的廣泛應(yīng)用，在科研和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域都備受關(guān)注。在眾多光催化材料中，二氧化鈦(TiO2)由于其生產(chǎn)成本低、無(wú)毒性和高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)被應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。然而，TiO2的帶隙相對(duì)較寬(銳鈦礦型：3.2 eV，金紅石型：3.0 eV)，限制了它在可見(jiàn)光區(qū)的應(yīng)用。為了提高其可見(jiàn)光光催化性能，人們對(duì)其進(jìn)行了各種改性研究。
　　本論文主要開(kāi)展了

2、燒結(jié)法和水熱法實(shí)現(xiàn)非金屬自摻雜(C,S)-TiO2的研究，并通過(guò)X射線粉末衍射儀(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(UV-vis)、激光拉曼(Raman)等多種表征手段對(duì)摻雜后TiO2的晶體結(jié)構(gòu)、元素成分和化合態(tài)、光學(xué)性質(zhì)以及表面形貌特征等進(jìn)行了表征，同時(shí)研究了自摻雜型光催化劑的光催化降解能力。并對(duì)有關(guān)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的分析討論。研究結(jié)果如下所述：
　　

3、(1)以 TiS2和 TiC為前驅(qū)體采用燒結(jié)法分別在空氣中高溫煅燒合成非金屬自摻雜 S-TiO2和C-TiO2粉體，并探討了其最佳的制備條件。選取羅丹明B為光催化降解目標(biāo)，測(cè)定了所制備樣品對(duì)羅丹明B溶液的光催化降解效率約為60％。然而，這種方法制備的光催化劑顆粒較大，不容易得到分散均勻的高比表面積光催化劑，且高溫不利于摻雜原子保持在二氧化鈦晶格中，難以獲得最佳催化效果。
　　(2)采用水熱法通過(guò)在較低溫度下水熱氧化 TiS2獲得了

4、具有較高光催化性能的非金屬自摻雜S-TiO2納米光催化劑。一方面，較低的反應(yīng)溫度提供了溫和的反應(yīng)環(huán)境，以保持在氧化過(guò)程中獲得更高的摻雜濃度。另一方面，自摻雜避免了其他前驅(qū)體作為摻雜源，且摻雜元素可保留在TiO2晶格中的氧位置，為提高TiO2的可見(jiàn)光催化性能提供了必要條件。是一種簡(jiǎn)單有效的實(shí)現(xiàn)非金屬自摻雜TiO2的方法。水熱法制備的TiO2納米粒子具有良好結(jié)晶度，與傳統(tǒng)燒結(jié)法相比，該方法操作簡(jiǎn)單、設(shè)備要求低且綠色環(huán)保。所制備的樣品對(duì)羅丹明

5、B光催化降解效率可達(dá)80％左右，較其它方法所制備的TiO2催化劑具有更高催化活性。
　　(3)采用水熱法在硝酸條件下水熱氧化TiC獲得了具有較高光催化性能的非金屬自摻雜C-TiO2納米光催化劑。形成的空心微球結(jié)構(gòu)使其具有較大的比表面積，更能充分的進(jìn)行光催化反應(yīng)。所制備的樣品對(duì)羅丹明B光催化降解效率可達(dá)60％左右，較其它方法所制備的TiO2催化劑具有更高催化活性。
　　總之，我們通過(guò)自摻雜方法實(shí)現(xiàn)了非金屬在TiO2中的摻雜，獲