固定化納米TiO2原位制備與光催化性能研究.pdf

1、本文以Na3PO4·12H2O作為電解液,利用等離子體微弧氧化技術(shù)在TAl鈦合金材料表面原位生長TiO2薄膜。研究了微弧氧化過程中電解液濃度、氧化時(shí)間和電流密度等工藝條件對TiO2薄膜相組成、表面形貌及其光催化性能的影響,得到優(yōu)化的制備工藝條件。在此基礎(chǔ)上,對TiO2進(jìn)行非金屬S、C離子摻雜和過渡金屬Ni、Co、Cr離子摻雜,提高光的利用效率。通過X射線衍射(XRD)、紫外-可見漫反射光譜(UV-Vis)、掃描電子顯微鏡(SEM)、和X

2、射線光電子能譜(XPS)等分析方法對上述催化劑的結(jié)構(gòu)、組成和表面形貌等性質(zhì)進(jìn)行了表征,并在可見光條件下,考察了TiO2薄膜的光催化產(chǎn)氫性能。
　　 在磷酸鹽體系中主要生成銳鈦礦相TiO2,隨著氧化時(shí)間的延長或者電流密度的提高,膜層中會(huì)出現(xiàn)金紅石相TiO2,影響薄膜的光催化性能。微弧氧化過程對膜層的表面形貌有很大的影響,當(dāng)外加電壓過高或過低都會(huì)造成膜層表面粗糙,孔尺寸范圍在1～2μm。紫外光下制氫實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,優(yōu)化的工藝條件為:電

3、解液濃度為0.11 mol／l,氧化時(shí)間為9 min,電流密度4 A／dm2。
　　 基于優(yōu)化的工藝條件,進(jìn)一步對TiO2薄膜進(jìn)行非金屬離子摻雜,拓寬其光響應(yīng)范圍,提高TiO2的光催化活性。分別采用Na2SO3與Na2S2O3作為硫源,利用電解液修飾法對TiO2薄膜進(jìn)行S離子的摻雜,結(jié)果表明:摻雜硫離子后的TiO2膜層的晶相組成及表面形貌沒有產(chǎn)生明顯的變化,Na2S2O3作為硫源摻雜后TiO2的吸收邊紅移效果優(yōu)于Na2SO3作為

4、硫源。電解液中Na2SO3的濃度為0.03 mol／L時(shí),產(chǎn)氫速率達(dá)到0.279μmol／cm2·h,Na2S2O3的濃度為0.01 mol／L時(shí),產(chǎn)氫速率達(dá)到0.284μmol／cm2·h。但是電解液中存在的含硫離子超過一定濃度時(shí)在微弧氧化過程中會(huì)對膜層造成明顯的腐蝕。
　　 利用電解液修飾法對TiO2薄膜進(jìn)行過渡金屬離子(Ni2+、Co2+、Cr3+)的摻雜。摻雜Ni2+、Co2+、Cr3+等過渡金屬離子對TiO2膜層的晶相