磁性可分离的TiO2纳米管的制备、表征及可见光催化性能.pdfVIP

摘 要 TiO2 作为半导体光催化剂的典型代表，因其廉价、无毒、高效等优点，广 泛应用于解决废水处理、空气净化等各种各样的环境问题。然而，TiO2 具有 较宽的带隙 （3.2eV ），只能利用3-5%的太阳光中的紫外光，因此，将TiO2 的吸收光谱从紫外区拓展到可见光区域具有重要意义。另一方面，因为光催 化剂经常应用于浆态体系，传统的分离方法很难将纳米尺度的TiO2 有效分 离，残留的TiO2 不仅会提高成本而且会对体系造成二次污染，因此，催化剂 的回收再利用一直是一个富有挑战性的课题。 本论文采用非金属N 掺杂和金属氧化物γ-Fe O 复合对TiO 进行改性， 2 3 2 考察了其可见光下降解甲基橙的催化性能；运用XRD 、TEM、BET 、UV-Vis DRS 、XPS 和FTIR 等现代表征手段，分析了样品的性质；研究了样品的磁 性，以及其回收再利用的可见光催化性能。具体的研究内容和创新点如下： （1）采用水热法制备出形貌均匀的TiO2 纳米管，经氨水浸泡，300℃焙 烧后得N-TiO2 纳米管，XPS 分析结果表明N 元素摩尔含量大约为1.7%，主 要以Ti-O-N 形式，说明N 已经进入了TiO2 晶格。 （2 ）首次通过羰基铁浸泡TiO2 纳米管后真空热分解、缓慢氧化制备出 具有磁性可分离的γ-Fe O /TiO 纳米管。样品维持了原TiO 纳米管的管型和 2 3 2 2 晶型，比表面积略有下降，γ-Fe O 磁性纳米颗粒或填充在TiO 纳米管中， 2 3 2 或负载在管壁上，其中Fe 元素被证实为γ-Fe O 的形式，含量大约为1.4% 。 2 3 （3 ）通过湿化学法，首次制备出新型的磁性可分离的纳米光催化剂 γ-Fe O /N-TiO ，UV-Vis DRS 证实，样品在400-600nm 处有较强的吸收。 2 3 2 （4 ）检测几种光催化剂在可见光下降解甲基橙，降解能力从小到大依次 为P25 、TiO 纳米管、N-TiO 纳米管、γ-Fe O /N-TiO 纳米管。这表明，掺 2 2 2 3 2 杂、复合光催化剂产生了二元协同效应，能够有效地拓展其在可见光区域的 吸收，并且能够有效促进光生电子和空穴的分离，降低二者的复合几率。 （5 ）在300K 下测试样品磁性发现，γ-Fe O /TiO 纳米管和γ-Fe O /N-TiO 2 3 2 2 3 2 纳米管光催化剂具有铁磁性，前者饱和磁化强度（Ms ）为12.52emu/g，在外 磁场下，光催化剂经过多次重复利用，仍然保持着与原催化剂相当的可见光 催化活性，这对制备磁性可分离的可见光光催化剂具有重要的借鉴意义。 关键词： 光催化；TiO2 纳米管；改性；可见光；磁性；回收 ABSTRACT Semiconductor photocatalysis with a primary focus on TiO2 as a cheap, nontoxic, and highly efficent photocatalyst has been applied to a variety of problems o