高壓處理?yè)诫s納米氧化鈦微結(jié)構(gòu)與性能的研究.pdf

1、納米二氧化鈦是重要的光催化半導(dǎo)體材料，催化活性高且穩(wěn)定性好，但是純銳鈦礦型二氧化鈦的禁帶寬度為3.2eV，只可以利用太陽(yáng)能頻譜的4％左右。圍繞如何提高光的有效利用率，使光吸收閾值向長(zhǎng)波方向移動(dòng)已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)之一。
　　 本文利用溶膠凝膠方法制備鐵摻雜和鈷摻雜的納米TiO2粉末，利用冷高壓(2～6GPa)處理相應(yīng)的樣品，并用XRD、HRTEM、Raman、FT-IR和UV-Vis對(duì)其各方面性能進(jìn)行了表征，研究高壓對(duì)納米半導(dǎo)體光催

2、化材料的結(jié)構(gòu)和性能的影響。
　　 通過(guò)XRD分析，合成出的納米TiO2晶粒為15.8nm左右的銳鈦礦相，鐵摻雜和鈷摻雜樣品中均沒(méi)有出現(xiàn)其它的雜質(zhì)相，其圖譜表明隨著鐵離子摻雜量的增大銳鈦礦的(004)峰向右移動(dòng)，其中摻雜量為0.5％時(shí)偏移幅度較大。HRTEM進(jìn)一步顯示，鐵摻雜樣品的結(jié)晶度優(yōu)于鈷摻雜樣品。
　　 經(jīng)過(guò)高壓處理之后，純銳鈦礦晶粒尺寸平均減小大約17％，鐵摻雜樣品(103)和(112)峰衍射強(qiáng)度減小或消失，部分的

3、(004)峰出現(xiàn)偏移，晶粒直徑均隨著壓力的增大而減小，并出現(xiàn)晶粒的碎化現(xiàn)象。高分辨電鏡分析表明，部分晶粒的晶格出現(xiàn)了變形，晶粒與晶粒之間應(yīng)力比較集中的地方，出現(xiàn)了碎化的晶粒，晶格缺陷。
　　 拉曼光譜分析檢測(cè)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)6GPa處理后的樣品特征峰的半高寬寬化，相同摻雜量下，鈷摻雜樣品特征峰半高寬大于鐵摻雜的樣品，進(jìn)一步表明摻雜樣品在高壓下更易形成晶格缺陷并且離子半徑較大的鈷元素的摻雜在相同的壓力下會(huì)形成更多的晶格缺陷。紅外光譜分析，

4、發(fā)現(xiàn)在450cm-1左右由Ti-O-Ti的對(duì)稱伸縮振動(dòng)引起的吸收帶發(fā)生了一定程度的藍(lán)移，摻雜不但引入了晶格的畸變，也對(duì)鍵能產(chǎn)生了一定的影響。
　　 紫外吸收光譜檢測(cè)表明未摻雜的銳鈦礦本征吸收邊為407nm，其光吸收性能要優(yōu)于商業(yè)P25的性能，摻雜后的樣品其紫外光吸收均發(fā)生了一定的紅移，其中鐵摻雜量為1.5％樣品的紅移較大，鈷摻雜樣品的吸收邊相比較鐵摻雜樣品的紅移更大。經(jīng)過(guò)2GPa處理的樣品，紅外吸收邊帶均小于未加壓的樣品。隨著壓