改性介孔二氧化鈦光催化性質(zhì)的研究.pdf

1、光催化技術(shù)在解決能源危機(jī)和處理環(huán)境污染方面得到了廣泛研究。TiO2由于其無(wú)毒無(wú)害，化學(xué)穩(wěn)定性高，不會(huì)發(fā)生光腐蝕以及價(jià)格便宜儲(chǔ)量豐富等優(yōu)點(diǎn)而成為最有潛力的光催化劑。為了提高TiO2的光催化活性，科學(xué)家們從制備納米二氧化鈦催化劑并對(duì)其進(jìn)行改性等各個(gè)方面進(jìn)行研究。本文主要根據(jù)半導(dǎo)體光催化的理論，利用改性的溶膠-凝膠法合成摻雜的介孔TiO2材料，研究其光催化活性。研究?jī)?nèi)容主要包括：
　　 ⑴通過(guò)改變Ti源前驅(qū)體，合成不同介孔TiO2，并

2、且考察這些材料對(duì)亞甲基藍(lán)溶液和甲醛溶液的光降解活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用不同的Ti前驅(qū)體合成的材料在對(duì)亞甲基藍(lán)溶液和甲醛溶液的光降解活性是不一樣的。在相同的焙燒溫度下，對(duì)亞甲基藍(lán)光降解效果最好的是使用TiC14鈦源前驅(qū)體，鹽酸作為pH調(diào)節(jié)劑的介孔二氧化鈦；而對(duì)甲醛的光降解而言，效果最好的是使用TiCl4和鈦酸四丁酯共鈦源前驅(qū)體。焙燒溫度對(duì)亞甲基藍(lán)和甲醛的光降解影響也不一樣，對(duì)于亞甲基藍(lán)而言，最佳焙燒溫度為450℃，對(duì)甲醛而言，最佳焙燒溫度為

3、350℃。主要是由于兩個(gè)反應(yīng)中影響光降解速率的因素不一樣。對(duì)于亞甲基藍(lán)的降解而言，光降解速率是由晶化程度和比表面積共同作用的結(jié)果；而對(duì)于甲醛的降解而言，比表面積的作用要更大些。不同離子摻雜對(duì)材料的光催化活性的影響是不同的，有些能提高活性，如Ag+，Bj3+;有些反而使活性降低，如Ca2+。
　　 ⑵利用改性溶膠-凝膠法(AcHE法)合成含苯硅氧烷介孔TiO2材料，考察摻雜濃度對(duì)降解亞甲基藍(lán)的光催化活性的影響。光催化結(jié)果表明，摻雜

4、材料對(duì)降解亞甲基藍(lán)的活性相對(duì)于純TiO2提高了很多，最佳摻雜濃度為1％。利用XRD，BET，TG，TEM，固體NMR，EPR等方法對(duì)材料進(jìn)行表征探索催化活性改變的原因。表征結(jié)果分析得出制備的樣品均為銳鈦礦，摻入含苯硅氧烷后材料的晶化被抑制，固體.NMR結(jié)果表明在350℃焙燒后，碳硅鍵斷裂導(dǎo)致TiO2孔道中存在著芳香性碳物種?；钚缘奶岣咧饕怯捎诜枷阈蕴嘉锓N的存在延長(zhǎng)電子-空穴壽命。EPR測(cè)試結(jié)果表明摻雜后的材料能產(chǎn)生更高的羥基自由基，進(jìn)

5、而可以參與亞甲基藍(lán)的氧化反應(yīng)，這也是光生電子-空穴的復(fù)合速率減慢的結(jié)果，與熒光測(cè)試結(jié)果一致。
　　 ⑶利用改性的溶膠-凝膠法(AcHE法)合成了Cu摻雜介孔TiO2，并考察它在無(wú)氧條件下分解甲醛溶液產(chǎn)氫的光催化活性。Cu的摻入大大地提高了催化劑的活性，同時(shí)摻雜濃度和焙燒溫度對(duì)催化劑產(chǎn)氫能力都有影響，最佳的摻雜濃度為1％，最佳的焙燒溫度為350℃。與此同時(shí)，二氧化碳也是一種生成物。比較反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生氫氣和二氧化碳的物質(zhì)的量之比發(fā)現(xiàn)

6、，在低溫焙燒下，低摻雜量(Cu％≤2％)，產(chǎn)生的氫氣和二氧化碳的物質(zhì)的量之比為2：1；當(dāng)增大摻雜濃度(Cu％≥5％)時(shí)，產(chǎn)生的氫氣和二氧化碳的物質(zhì)的量變?yōu)?：1。焙燒溫度同樣會(huì)影響到氫氣和二氧化碳的比例。在低溫焙燒時(shí)(≤450℃)，產(chǎn)生的氫氣和二氧化碳的物質(zhì)的量之比為2：1，高焙燒溫度(≥550℃)產(chǎn)生的氫氣和二氧化碳的物質(zhì)的量變?yōu)?：1。減少甲醛量到330μmol，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，產(chǎn)生了500μmol的氫氣，側(cè)面證明了水參加了反應(yīng)。XP