金屬摻雜TiO-,2-和鎢酸鉍的制備、表征及其光催化性能研究.pdf

1、自1972年日本科學家Fujishima和Honda發(fā)現(xiàn)TiO2單晶電極可以實現(xiàn)光催化分解水以來,半導體光催化反應就一直強烈吸引著人們的研究興趣。在各種氧化物半導體光催化劑之中,TiO2因其生物和化學惰性、強氧化能力、無毒性和抗光化學腐蝕的長期穩(wěn)定性而被廣泛研究。但是,從利用太陽光的效率來看TiO2還存在兩方面主要缺陷:一方面由于TiO2的帶隙較寬(E=3.2 eV),導致其光吸收波長范圍較窄,利用太陽能的比例較低;另一方面TiO2光生

2、載流子的復合率較高,導致其量子效率較低。為了解決這些問題,發(fā)展起了半導體光催化技術(shù)研究的兩個前沿領(lǐng)域:(1)通過修飾改性技術(shù)來提高TiO2對太陽光的利用效率;(2)開發(fā)具有可見光響應的新型半導體光催化劑。
　　 在此基礎(chǔ)上,本論文主要研究了金屬離子摻雜二氧化鈦和鎢酸鉍納米材料的制備及光催化性能的表征。其主要內(nèi)容包括:
　　 采用化學溶液分解法制備了Al摻雜的TiO2納米材料,并對其進行了酸化處理。利用XRD、TEM和UV

3、-Vis等技術(shù)手段對Al摻雜TiO2納米材料的晶相結(jié)構(gòu)、顆粒形貌和光物理性質(zhì)等進行了表征。XRD結(jié)果表明,未摻鋁樣品在550℃熱處理2 h下得到的是金紅石和銳鈦礦的混合相,而在摻入鋁之后,同樣的熱處理條件下得到的樣品卻是純的銳鈦礦相。通過TEM觀察發(fā)現(xiàn),與未摻鋁的樣品相比,摻鋁之后樣品的顆粒尺寸較小,約為25 nm。利用甲基橙的光催化降解實驗表征了樣品的光催化性能。結(jié)果表明:摻Al的TiO2樣品有較好的光催化活性,并且在酸化處理之后,摻

4、鋁樣品的光催化活性能得到進一步提高。初步探討認為,酸化處理除去了鋁摻雜樣品中的部分氧化鋁納米顆粒,使得樣品的比表面積增大而引起了Al摻雜TiO2樣品光催化活性的提高。
　　 采用化學溶液分解法制備了Fe摻雜的TiO2納米材料,并對其進行了酸化處理。XRD結(jié)果表明,Fe摻雜的TiO2樣品在500℃熱處理下得到的是金紅石和Fe2TiO5的混合物。而在600℃熱處理下得到的卻是金紅石、Fe2TiO5和Fe2O3的混合物。并且隨著熱處理

5、溫度的升高,樣品的結(jié)晶性變好。紫外可見漫反射譜圖顯示,分別在500℃和600℃熱處理下得到的Fe摻雜TiO2樣品均對可見光具有吸收響應。與500℃熱處理下得到的Fe摻雜TiO2樣品相比,600℃熱處理下得到的樣品在吸收帶發(fā)生了明顯的紅移。利用染料羅丹明B的光催化降解實驗表征了材料的光催化性能。結(jié)果表明:Fe摻雜TiO2樣品對羅丹明B具有可見光催化活性,而酸化處理對鐵摻雜樣品的光催化活性影響不大。
　　 采用化學溶液分解法制備了層

6、狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物Bi2WO63光催化劑,并對其進行了酸化處理。XRD結(jié)果顯示,在700℃熱處理下制備的樣品由主產(chǎn)物(Bi2WO6)和副產(chǎn)物(Bi14W2O27)兩種物質(zhì)組成。熱處理樣品在酸化處理以后,Bi14W2O27的衍射峰完全消失并且純相的Bi2WO6樣品被獲得。通過ICP對酸化樣品的上清液檢測分析,純相Bi2WO6樣品獲得的機理最可能是酸化處理選擇濾去了Bi14W2O27結(jié)構(gòu)中的氧化鉍,從而使Bi14W2O27完全轉(zhuǎn)化成了Bi2