微波輔助法二氧化鈦溶膠的制備、摻雜及光催化活性研究.pdf

1、在全球性環(huán)境污染和能源危機日趨嚴重的今天，如何有效利用太陽能來治理污染已引起世界各國的廣泛關(guān)注。半導體氧化物多相光催化技術(shù)，因具有能廣泛地利用太陽能，并且能耗低、反應(yīng)條件溫和、操作簡便、無二次污染、特別對生物難降解有機污染物具有很好的氧化降解作用等突出特點，已成為環(huán)境污染控制和治理方面的研究熱點。在眾多的半導體氧化物中，TiO2因其良好的光電特性，光照射下能夠被光子激活，在表面發(fā)生很強的氧化(或還原)作用，將絕大多數(shù)有機污染物降解并最終

2、完全礦化為CO2、H2O和其他一些無機小分子物質(zhì)而消除對環(huán)境的污染，以及化學性質(zhì)穩(wěn)定、安全無毒、來源豐富等特點，使之成為目前最為廣泛和成熟的半導體氧化物材料之一。然而，TiO2的禁帶寬度較大(銳鈦礦型TiO2的Eg≈3.2eV)，光催化僅限于紫外光區(qū)，而太陽光中紫外光(300 nm～400 nm)的含量只占3％～4％，太陽能利用率低；并且量子產(chǎn)率同樣較低。因此，本文擬采取摻雜的方式制備高性能的TiO2催化材料，以提高其光催化效率。

3、>　　 本論文以Ti(SO4)2為原料，水為溶劑，加入氨水調(diào)節(jié)pH至7～8，生成Ti(OH)4白色沉淀，用蒸餾水反復洗滌除去雜質(zhì)離子，再以HNO3作為膠溶劑，CdS膠體為摻雜劑，利用微波輔助加熱技術(shù)，在常壓、低于100℃條件下制備出了CdS摻雜納米TiO2溶膠。論文同時研究了pH值、微波作用溫度以及鈦源等因素對納米晶TiO2溶膠光催化活性的影響。結(jié)果表明：制備CdS摻雜納米TiO2膠體的最佳工藝條件：pH=1.0，微波作用功率800

4、W，微波作用時間1.5 h，微波作用溫度90℃。S元素摻雜以S6+取代Ti4+進入TiO2晶格，使晶格局部畸變，導致TiO2的帶隙變窄；摻雜進入TiO2晶格中的S4+會輕微改變Ti的化學價態(tài)，破壞了原來體系的電荷平衡。為了維持晶格中的電荷平衡，少量鈦離子會釋放多余的電子變?yōu)楦叩膬r態(tài)，其吸收邊移動了約20nm，S原子已經(jīng)摻雜進TiO2晶格中，并部分形成了化學鍵，從而改變了TiO2膠體的光響應(yīng)范圍。N元素以兩種摻雜態(tài)存在：一種是以N3-替

5、位取代O2-進入TiO2晶格形成Ti-N-Ti聯(lián)接的摻雜，另一種是通過化學吸附NH3或NH4+進入晶格原子間隙產(chǎn)生摻雜；而N、S共摻雜納米TiO2具有可見光催化活性是因為N、S元素的摻雜在禁帶形成了新的雜質(zhì)能級。
　　 在紫外及可見光照條件下，以甲基橙、亞甲基藍、羅丹明B為目標降解物，考察TiO2的光催化性能。光催化降解甲基橙結(jié)果顯示：CdS摻雜TiO2溶膠具有良好的光催化活性，在最佳條件下制備的CdS摻雜TiO2溶膠，在30