稀土鑭、鈰摻雜混晶二氧化鈦納米管光催化性能研究.pdf

1、納米TiO2是一種新型的半導(dǎo)體材料，由于化學(xué)性質(zhì)無(wú)毒、穩(wěn)定、難溶、價(jià)格低廉等，在光電轉(zhuǎn)換、太陽(yáng)能的儲(chǔ)存與利用、光致變色以及光催化降解大氣和水中的污染物等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。TiO2的晶型主要包括三種：銳鈦礦型、金紅石型和板鈦礦型。板鈦礦型沒(méi)有光催化活性，用作光催化劑的主要是金紅石型和銳鈦礦型。由于銳鈦礦的禁帶寬度大于金紅石，從而使銳鈦礦所產(chǎn)生的空穴-電子對(duì)具有更正和更負(fù)的電位，故銳鈦礦的催化活性高于金紅石。但銳鈦礦TiO2禁帶寬約3

2、.2eV，需用(近)紫外線(xiàn)光照射才能激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，其電荷載流子的復(fù)合速率也很快，大約發(fā)生在皮秒和納秒的時(shí)間尺度范圍內(nèi)，導(dǎo)致光催化活性不高，制約了其廣泛的應(yīng)用，目前研究的主要方向之一是提高其光催化性能。研究表明，混晶型TiO2納米粉體具有比單一晶型的納米粉體更優(yōu)的光催化性能；相對(duì)于納米粉體和薄膜而言，TiO2納米管具有更大的比表面積，將TiO2制備成混晶型納米管是一種提高其光催化性能的新途徑，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)其研究報(bào)道極少。
　

3、　 本文利用溶膠-凝膠法，在不同熱處理溫度下煅燒，結(jié)合微波法制備摻雜稀土鑭、鈰的混晶TiO2納米管，利用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和X射線(xiàn)衍射儀等對(duì)其進(jìn)行表征，并對(duì)TiO2納米管的形成機(jī)理進(jìn)行分析。以甲基橙為目標(biāo)降解物，對(duì)比單獨(dú)摻雜鑭的混晶TiO2納米管和未摻雜的TiO2納米管以及相對(duì)應(yīng)的納米粉體進(jìn)行光催化降解試驗(yàn)，研究其光催化性能，并對(duì)降解機(jī)理及稀土元素?fù)诫s對(duì)TiO2混晶納米管光催化性能影響機(jī)理進(jìn)行分析。本文的主要工作包括

4、混晶型納米管的制備及研究。
　　 采用溶膠-凝膠的方法，其中稀土鑭和鈰的摻雜量分別為0.5％，在不同的熱處理溫度下能制備出不同晶型組成的TiO2粉末。未摻雜稀土TiO2的晶型轉(zhuǎn)變溫度低于700℃，單摻雜稀土鑭TiO2的晶型轉(zhuǎn)變溫度在800℃左右，摻雜稀土鑭鈰TiO2的晶型轉(zhuǎn)變溫度在900℃左右，與單一稀土鑭摻雜的TiO2對(duì)比，稀土鑭和鈰的混合摻雜更大的抑制了銳鈦礦相向金紅石相的轉(zhuǎn)變。
　　 在本試驗(yàn)條件下，以溶膠-凝膠法

5、并經(jīng)后續(xù)熱處理制得的混晶TiO2納米粉粒徑在15-20nm左右，形態(tài)均勻。利用微波法所制備的TiO2納米管外徑為15nm，內(nèi)徑為10nm，形態(tài)較均勻；
　　 在15W紫外光源照射下，經(jīng)75min光催化降解試驗(yàn)表明：TiO2納米管比納米粉具有更高的光催化性能；摻雜稀土元素的TiO2納米管光催化性能優(yōu)于未摻雜的TiO2納米管；當(dāng)摻雜鑭0.5％和摻雜鈰0.5％時(shí)，煅燒溫度在900℃時(shí)，銳鈦礦含量為91.8％金紅石含量為8.2％時(shí)，光催