稀土釓、釔摻雜二氧化鈦納米管光致發(fā)光及光催化性能的研究.pdf

1、半導(dǎo)體的光催化性能在太陽能和環(huán)保中有廣闊的應(yīng)用前景。其中TiO2具有無毒、價格低廉、抗光腐蝕以及穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)而備受研究者青睞。但對于純的納米TiO2而言，在光催化過程中存在激發(fā)的電子-空穴對容易復(fù)合、太陽能利用率等缺點，降低了其光催化效率，嚴(yán)重限制其廣泛應(yīng)用。為提高TiO2的光催化性能，對納米TiO2進(jìn)行改性成為研究熱點。稀土元素通過提高納米TiO2的氧空穴和缺陷濃度、降低電子和空穴的復(fù)合率，進(jìn)而提高光催化性能。另外相對TiO2納米粉

2、而言，納米管具有更大的比表面積，因而具有優(yōu)異的光催化性能。以上原因使得研究稀土摻雜的TiO2納米管對提高其光催化性能具有重要意義。
　　本文采用溶膠-凝膠法制備不同溫度煅燒及稀土Gd、Y摻雜的TiO2納米粉，并以此為前驅(qū)物，利用微波水熱合成法制備相應(yīng)的TiO2納米管。采用場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)，場發(fā)射透射電鏡(FETEM)，X射線衍射儀(XRD)和熒光光譜儀(FS)對樣品進(jìn)行表征?？疾煳⒉ㄋ疅岷铣煞▽iO2納米粉晶型、形貌

3、和結(jié)晶度的影響以及稀土Gd、Y不同摻雜量對TiO2納米粉及納米管形貌、結(jié)晶度、光致發(fā)光性能和光催化性能的影響。
　　結(jié)果表明，煅燒溫度的提高使TiO2納米粉晶粒粒徑增大。以不同溫度煅燒納米粉為前驅(qū)物，微波水熱合成法制備的TiO2納米管形貌基本不發(fā)生變化。另外微波水熱合成法能使600℃和700℃煅燒的TiO2由銳鈦礦向金紅石轉(zhuǎn)變，而500℃煅燒的TiO2的晶型未發(fā)生變化。
　　稀土Gd、Y元素的摻雜含量直接影響TiO2納米粉粒

4、徑大小。隨著摻雜Gd、Y摻雜量的增加，其粒徑均不同程度的減小。摻雜2％的Gd或Y元素的TiO2納米粉粒徑最小，分別達(dá)到10.3nm和9.3nm。而稀土Gd、Y元素?fù)诫s對TiO2納米管的形貌影響不大。另外其結(jié)晶度隨著Gd、Y元素?fù)诫s含量的增加而降低，適當(dāng)摻雜Gd、Y元素有助于納米管保持一定的結(jié)晶度，其原因有待進(jìn)一步探究。
　　摻雜的Gd、Y元素可進(jìn)入納米TiO2晶格中，導(dǎo)致氧空穴和缺陷濃度變化，其光致發(fā)光性能隨著摻雜含量的增加，呈現(xiàn)

5、先增加后降低的變化趨勢。實驗結(jié)果表明，對于摻雜稀土 Gd元素的 TiO2納米粉，Gd含量為0.5%時 FS強度最大；含量為0.2%和0.5%時納米管的FS強度最大。對于摻雜稀土Y元素的TiO2納米粉，Y含量為0.5%時FS強度最大；含量為1%時納米管的FS強度最大。
　　摻雜稀土Gd、Y可提高氧空穴和缺陷濃度，降低電子-空穴對復(fù)合，從而明顯提高納米TiO2的光催化性能。對比純的TiO2納米粉，摻雜稀土Gd、Y的TiO2納米粉光催化