金屬離子-TiO2體系的可見光催化性質(zhì).pdf

1、近年來，資源問題和環(huán)境污染仍是困擾人類生存和發(fā)展的一大難題。半導(dǎo)體光催化主要是通過光吸收產(chǎn)生導(dǎo)帶電子和價帶空穴，這些電子-空穴對不僅可以與催化劑吸附的有機污染物反應(yīng)而起到清除污染物的目的，還可以分解水制氫，實現(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，成為解決環(huán)境和能源問題的一種有效方法。TiO2作為一種光催化材料，由于具有合適的導(dǎo)帶和價帶電位、無毒、光催化活性好、物理化學(xué)穩(wěn)定性好、廉價等特點，廣泛應(yīng)用在治理環(huán)境污染和新能源研究領(lǐng)域。由于TiO2半導(dǎo)體催化

2、材料的帶隙比較寬，限制了它的吸收只在紫外光區(qū)域(＜380 nm)，而無法有效利用太陽能中的可見光部分，光能利用效率較低。因此，探索和開發(fā)能高效利用太陽能的新型半導(dǎo)體光催化材料是當(dāng)今研究的熱點。在TiO2的改性方面有很多文獻(xiàn)報道，包括金屬摻雜、非金屬摻雜、窄帶半導(dǎo)體以及染料光敏化等，而金屬離子的摻雜和修飾是拓寬其光吸收至可見區(qū)的重要方法。
　　本論文主要從拓寬TiO2體系的吸收至可見光區(qū)的思想出發(fā)，利用熒光探針的方法研究金屬離子對T

3、iO2光催化性質(zhì)的影響，制備出了具有可見光響應(yīng)的Sb摻雜TiO2光催化材料及Fe(Ⅲ)修飾的AgBr/TiO2復(fù)合體，用對苯二甲酸熒光探針的方法分別表征催化材料的催化性能，并探討了其光催化機理。主要內(nèi)容包括:
　　(1)在研究Sb摻雜TiO2光催化材料的工作中，采用共沉淀法制備出了0.1％～5％ Sb摻雜的TiO2光催化材料，系統(tǒng)地研究了Sb的摻雜對TiO2的結(jié)構(gòu)、光吸收性能和光催化活性的影響。通過XRD、SEM、BET以及UV-

4、Vis吸收譜等的測試結(jié)果表明Sb摻雜對TiO2的晶粒尺寸、比表面積以及光吸收范圍都有影響。對Sb的摻雜濃度進(jìn)行控制，結(jié)果顯示不同濃度的摻雜，其催化活性也不同，適量的Sb摻雜濃度可以提高催化材料的活性，隨著摻雜濃度的提高，過量的Sb的摻雜加快了TiO2內(nèi)部電子-空穴對的復(fù)合幾率，催化活性隨之降低，1％ Sb摻雜的TiO2催化活性最高。摻雜粒子Sb進(jìn)入TiO2晶格，在禁帶中產(chǎn)生新的雜質(zhì)能級，使其帶隙減少，TiO2價帶電子的躍遷路徑發(fā)生變化，

5、進(jìn)而改變其光譜響應(yīng)和催化性能，不僅將催化材料光吸收范圍從紫外區(qū)延伸到可見區(qū)，還可以提高光催化材料的催化活性，并且催化活性優(yōu)于只吸收紫外光的德固賽P25 TiO2?；赟b摻雜納米TiO2催化材料在可見光(＞420 nm)下產(chǎn)生氫氧自由基(OH·)和超氧陰離子自由基（O2-·）的性質(zhì)，這些自由基具有強的氧化性或還原性。我們利用熒光探針技術(shù)，建立了2-羥基對苯二甲酸(2-HTA)熒光探針快速評價催化材料催化活性的方法，并用兩種淬滅劑DMSO

6、和對苯醌分別清除溶液中的氫氧自由基(OH·)和超氧陰離子自由基(O2-·)，最終證實了兩種自由基的存在。
　　(2)在研究Fe(Ⅲ)/AgBr/TiO2復(fù)合體的過程中，基于TiO2復(fù)合體和金屬化合物在TiO2上的沉積可以提高可見光的吸收，我們利用化學(xué)沉積法制備了0.0005 M～0.01 M的Fe(Ⅲ)/AgBr/TiO2復(fù)合光催化材料。首先，通過簡單化學(xué)沉淀法將AgBr負(fù)載到TiO2載體上，得到AgBr/TiO2復(fù)合光催化材料。

7、然后用沉積的方法將Fe(Ⅲ)沉積在AgBr/TiO2上，得到了新型的Fe(Ⅲ)/AgBr/TiO2復(fù)合光催化劑。對Fe(Ⅲ)/AgBr/TiO2催化劑進(jìn)行了XRD、UV-Vis、SEM表征，結(jié)果表明Fe(Ⅲ)的沉積對AgBr/TiO2的光吸收性有顯著的影響，并以對苯二甲酸為熒光探針，研究了Fe(Ⅲ)/AgBr/TiO2的催化活性。結(jié)果顯示，適當(dāng)?shù)臐舛鹊腇e(Ⅲ)可以提高催化材料的催化活性，當(dāng)沉積Fe(Ⅲ)的濃度為0.001 M時，催化材