銀、氮共摻雜TiO2納米管的制備與光催化性能的研究.pdf

1、現(xiàn)如今，能源匱乏和環(huán)境污染成為威脅我們生存和發(fā)展的兩大問題。二氧化鈦（TiO2）作為一種優(yōu)秀的半導(dǎo)體材料，在太陽能，生物醫(yī)學(xué)，治理污水，以及凈化空氣等領(lǐng)域都有很大潛力。但是TiO2的禁帶寬度（3.2eV）較寬，只對(duì)紫外光響應(yīng)，而紫外光只占太陽光的4％；而且TiO2受光激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)極易復(fù)合，這兩方面的缺點(diǎn)限制了TiO2的應(yīng)用。有研究表明使用特殊形貌的TiO2及對(duì)TiO2進(jìn)行摻雜改性可以解決以上兩個(gè)問題。
　　本文以鈦片為基底

2、，采用磁控濺射和陽極氧化結(jié)合的方法制備TiO2納米管，研究了氮摻雜、銀氮共摻雜對(duì)TiO2納米管的影響。利用X射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜（EDS）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射線光電子能譜（XPS）及紫外-可見光分光光度計(jì)（UV-vis）對(duì)摻雜前后的TiO2納米管進(jìn)行了結(jié)構(gòu)，形貌和光學(xué)性能的分析，并以甲基橙做為有機(jī)污染物在可見光下進(jìn)行光降解模擬。主要研究結(jié)果如下：
　　對(duì)經(jīng)450 ℃熱處理后的純TiO2納

3、米管進(jìn)行XRD分析得出TiO2納米管由銳鈦礦相組成。SEM和EDS結(jié)果表明所制備的TiO2納米管獨(dú)立生長，管口沒有塌陷；納米管管長約為2μm，管徑約為40nm，管壁約為15nm。
　　對(duì)TiO2進(jìn)行了N摻雜，探究了不同N摻雜量對(duì)TiO2納米管光催化性能的影響。結(jié)果表明N摻雜對(duì)TiO2納米管其形貌和結(jié)構(gòu)沒有明顯影響。N摻雜TiO2納米管與純TiO2納米管的相比，可見光的吸收帶發(fā)生紅移，吸收強(qiáng)度增強(qiáng)，光催化性能也有明顯提高；其光吸收與

4、光催化性能都隨著Ar2和N2的體積流量比的增大而呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的趨勢，在Ar2和N2的體積流量比為70:1時(shí)可見光吸收及光催化性能最強(qiáng)，甲基橙的降解率達(dá)到47%。這是由于N摻雜形成中間能級(jí)，促進(jìn)了電子躍遷，同時(shí)能級(jí)上的空穴更易與表面的羥基結(jié)合形成羥基自由基，提高了光催化性能。
　　本文還對(duì)Ag、N共摻雜TiO2納米管進(jìn)行了研究，并探究了不同Ag含量對(duì)Ag、N共摻雜TiO2納米管光催化性能的影響。結(jié)果表明Ag、N共摻雜對(duì)TiO2納

5、米管的形貌沒有明顯影響；Ag的摻入促進(jìn)了TiO2相變，其晶型為銳鈦礦型和金紅石型混合。Ag、N共摻雜TiO2納米管的可見光吸收帶紅移，吸收強(qiáng)度和光催化性能均強(qiáng)于N摻雜TiO2納米管和純TiO2納米管。且隨Ag摻雜量的增多，光吸收和光催化性能均呈現(xiàn)出先增強(qiáng)后減弱的趨勢；在20sAg、N共摻雜TiO2納米管時(shí)光催化性能最強(qiáng)，甲基橙降解率達(dá)到63%。一方面這是由于Ag、N共摻雜能夠形成雜質(zhì)能級(jí)，減小TiO2禁帶寬度；另一方面Ag+摻雜抑制了電