硅掺杂TiO2纳米管阵列的制备及光电催化活性的研究.pdfVIP

吴建生等：硅掺杂TiO。纳米管阵列的制备及光电催化活性的研究 1429 硅掺杂Ti02纳米管阵列的制备及光电催化活性的研究’ 吴建生，宿 艳，陈 硕，全 燮 (大连理工大学环境与生命学院，I,_lk生态与环境工程教育部重点实验室，辽宁大连116024) 摘要： 通过电化学沉积，在阳极氧化法制备的高度 电荷载流子对复合[g]。因此，我们期望硅掺杂的TiO。 纳米管阵列电极在电助光催化应用中会展示更高的光 有序Ti02纳米管阵列表面均匀地沉积Si元素。扫描 电子显微照片显示Si掺杂的TiO：纳米管垂直于基底催化能力。 定向生长。X射线衍射分析表明，所引入的Si可能掺 采用简单的电化学沉积法，在阳极氧化法制备的 入到Ti02的晶格中，因而提高了Ti02的热稳定性，Ti02纳米管阵列的表面上均匀地掺杂了元素Si。考 抑制了金红石相的生成及晶粒的长大。紫外一可见漫 察了Si掺杂Ti02纳米管阵列的结构特性及光电化学 反射分析表明Si掺杂的TiOz纳米管吸收边带发生了能力的影响，并以五氯酚为目标物考察了硅掺杂Tioz 明显的蓝移，并且在紫外区的吸收强度明显增强。与 纳米管阵列电极的光催化性能。 未掺杂的Ti02纳米管相比，Si掺杂Ti0。纳米管电极 2 实 验 的紫外光电化学响应显著提高，其光电流密度是未掺 2．1 Si掺杂TiO：纳米管阵列的制备 杂的1．48倍。硅掺杂Ti02纳米管阵歹11光电催化降解 2．1．1 五氯酚的动力学常数(1．651h-1)是未掺杂Ti02纳米Ti的预处理 管电极(O．823hq)的2．0倍。 将25mmX 关键词： Tioz纳米管阵列；硅掺杂；光电催化 中图分类号：0613 文献标识码：A 文章编号：1001-9731(2009)09—1429-03子水清洗。处理好的钛片放于空气中风干。 2．1．2Ti02纳米管阵列的制备 1 引 言 以处理过的钛片为工作电极，铂片为对电极，分别 由于具有其它半导体无法比拟的催化活性高、稳 接到直流电源的正、负极。利用0．5％(质量分数)氟 定性好、无毒、价廉等优点，TiOz纳米管受到了广泛的化铵和lmol／L硫酸铵的混合溶液为电解液，使用 关注。高度有序的纳米管阵列具有较大的比表面积、 独特的结构特性和良好的晶体结构，这些使其对界面 问矢量电荷的转移提供了很好的电子浸透路径[1’2]。 阳极化的制备方法容易操控，而且从钛基底表面生长 后，将钛片迅速取出，用去离子水清洗，而后在空气中 的纳米管与钛导电基底之间以肖特基势垒直接相连， 风干。 结合牢固，不易脱落。此外，管的孔径、长度和壁厚等 2．1．3 电化学沉积制备Si掺杂TiO。纳米管阵列 参数可以通过精确调控电化学条件得以控制[3“]。 Ti02是多相光催化中使用较多的一种催化剂，但新泾)作电源，阳极氧化的钛片为工作电极，饱和甘汞 是它对紫外光的利用率却比较低。通过在TiOz中掺 硅酸(硅源)电解液中及20／比A／cm的电流密度下电沉 杂金属或化合物，如Pt、Fe、ZnO、CdS和SrTi03[5,63 等，能够有效提高光能利用率。特别是，硅修饰的 积10min。沉积完毕用去离子水冲洗，室温晾干，放人 TiOz体系由于具有很高的光催化活性而引起了广泛 的关注。在TiO。中嵌入硅元素会带来新的结构和物 冷却至室温取出。作为对照，我们还制备了未经过电 理化学特性。例如良好的热稳定性和量子尺寸效 沉积掺Si的TiOz纳米管阵列以用于光电催化活性的