金屬離子改性二氧化鈦光催化性質(zhì)的研究.pdf

1、伴隨著全球工業(yè)的興起和發(fā)展，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，環(huán)境治理和保護(hù)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是人類必須面對(duì)的嚴(yán)峻考驗(yàn)。半導(dǎo)體光催化劑能夠有效地利用清潔的太陽光來降解空氣和廢水中的有機(jī)污染物，這對(duì)于環(huán)境保護(hù)和能源節(jié)約都具有重要意義。在現(xiàn)有的半導(dǎo)體光催化劑中，納米二氧化鈦因其廉價(jià)、無毒及對(duì)光照穩(wěn)定等特點(diǎn)，被認(rèn)為是最有潛力的光催化材料之一，因此也成為了科學(xué)家們的研究熱點(diǎn)。
　　 自1972年，F(xiàn)ujishima和Honda發(fā)現(xiàn)二氧化鈦的光催化性質(zhì)

2、以后，近40年來，科學(xué)家們對(duì)提高二氧化鈦的光催化性能做了深入的探索。他們不僅開拓了諸多提高二氧化鈦光催化性能的方法，而且對(duì)光催化反應(yīng)的機(jī)理也做了很多研究。本論文主要根據(jù)半導(dǎo)體光催化理論，采用醋酸誘導(dǎo)的溶膠-凝膠(AcHE)法合成了一系列改性的二氧化鈦光催化劑，并研究了其光催化活性與機(jī)理。主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　 (1)采用AcHE法合成了添加低濃度的鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銫(Cs)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)

3、、鋁(Al)、硅(Si)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、銅(Cu)、金(Au)、鈀(Pa)、錳(Mn)、錫(Sn)、鈰(Ce)、鉬(Mo)、鎢(W)、鉍(Bi)、鑭(La)、釔(Y)等23種元素的離子的二氧化鈦(M-TiO2)材料，其中，各離子的添加濃度相同。XRD結(jié)果表明，該方法合成的二氧化鈦材料均為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸為10-15nm，低濃度金屬離子的引入不會(huì)對(duì)二氧化鈦的結(jié)構(gòu)造成影響。通過在紫外光下催化降解亞甲基藍(lán)

4、光的反應(yīng)，比較了M-TiO2的光催化活性。結(jié)果表明，金屬離子的引入會(huì)影響二氧化鈦的光催化活性;有些金屬離子能夠提高二氧化鈦的光催化活性，相反，有些金屬離子的引入?yún)s顯著降低二氧化鈦的光催化活性;二氧化鈦的光催化性能是多種因素共同作用的結(jié)果，而如何抑制光生載流子的復(fù)合并延長(zhǎng)其壽命是提高其量子產(chǎn)率的關(guān)鍵。
　　 (2)采用AcHE溶膠凝膠法，并通過引入鈉離子（含鈉無機(jī)鹽）的方法，合成了改性納米二氧化鈦材料并考察了材料的光催化性能;通過

5、TG、XRD、XPS、ESR等表征手段探究了合成過程中鈉離子的作用以及二氧化鈦的光催化反應(yīng)機(jī)理。在合成過程中添加鈉離子，能夠明顯地提高二氧化鈦的光催化活性，與純的二氧化鈦相比，其光催化活性提高了3倍左右。XRD分析表明，添加的鈉離子沒有被摻雜進(jìn)入二氧化鈦的晶格，而是以無機(jī)鹽的形式存在，并且這種無機(jī)的鈉鹽很容易被去離子水出去，而完全除去無機(jī)鈉鹽的TiO2納米材料的表面能夠產(chǎn)生大量的表面羥基基團(tuán)，在紫光照條件下，這些羥基基團(tuán)能夠有效地和遷移