N-TiO2掺杂基团对光催化活性的影响机理的研究.pdfVIP

1 N-TiO2 掺杂基团对光催化活性的影响机理研究 刘会景，柏源，孙红旗，金万勤 南京工业大学化学化工学院，材料化学工程国家重点实验室，江苏南京，(210009) E-mail :wqjin@ 摘要：本文以 TiCl4 为钛前驱体，以氨水和氯化铵为氮源，采用沉淀法制备了氮掺杂 TiO2 光催化剂,并运用 XRD 、BET 、UV-vis 和 XPS 等现代表征手段对催化剂的粒径、晶相组成、 比表面积、光谱特性和掺杂基团等性质进行了表征。以 4-氯酚为模拟污染物，考察了催化 剂的紫外和可见光催化活性。选择晶相组成和粒径大小等性质类似的纯 TiO 与氮掺杂 TiO ， 2 2 考察了其紫外活性以探讨氮掺杂对催化剂紫外光催化活性的影响。实验发现，氮掺杂 TiO2 光催化剂的紫外和可见光催化活性均高于纯 TiO ，其原因可能归于催化剂中所含有的NO 。 2 x 关键词：二氧化钛 氮掺杂 光催化 可见光 紫外光 中图分类号：TQ 012；X 703 1.引言 光催化作为近年来发展起的一种新型环境污染治理技术，在太阳光的作用下，即可将各 种有机污染物和部分无机污染物氧化分解，并最终矿化为二氧化碳和水等无机小分子，具有 能耗低、无二次污染、降解范围广等优点[1-3] 。TiO2 是一种光电性能优异的半导体氧化物， 化学稳定性好、不发生光腐蚀、无毒、无污染、生产成本较低，是目前唯一进入实用化的光 催化材料，但其较宽的禁带宽度(锐钛矿型，禁带宽度 Eg= 3.2 eV) ，只有在波长小于 387 nm 的紫外光下才能被激发，具备催化活性。在到达地面的太阳能中，这一波段的能量尚不足 5%，实际有效利用的就更少，而太阳光能量中可见光部分占 45% 。为节省能源，充分利用 太阳光，可通过非金属元素，如 N 、C、S、、B 、F 和 I 等掺杂的方法使 TiO2 的感光范围拓 展至可见光区[4-10] 。本文以共沉淀法制备氮掺杂和纯TiO2 光催化剂，通过 XRD 、BET 、XPS 和 UV-vis 现代表征技术和光催化降解实验，探讨了氮掺杂 TiO2 光催化活性影响和机理。 2.实验部分 2.1 试剂与仪器 实验试剂：NH Cl(AR.上海化学试剂有限公司) ，NaOH(AR.上海化学试剂有限公司) ， 4 NH •H O(AR.上海化学试剂有限公司) ，TiCl (CP.上海美兴化工有限公司) ，4-CP(CP.上海飞 3 2 4 祥化工厂) ，均未经进一步处理。实验用水为去离子水。 实验仪器：PHS-3C 型精密 pH 计(上海雷磁仪器厂) ，TGL-16C 高速离心机(上海安亭科 1本课题得到教育部留学回国人员科研基金(2004527)和国家自然科学基金的资助。 1 学仪器厂) ，501 A 型超级恒温器(上海实验仪器厂有限公司) ，BS210 S 精密电子天平(Sartorius, German)，光照计(北京师范大学光电仪器厂) ，KQ5200DE 型数控超声波清洗器 ( 昆山超声仪 器有限公司) ，箱式电阻炉(南京电炉厂) 。 2.2 催化剂的制备 冰水浴、强烈搅拌条件下，取一定量的 TiCl 缓慢滴加到 NH Cl 溶液中；用 NH •H O