掺铁纳米二氧化钛制备和光催化性能.pdfVIP

第41卷 第 4期 化 工 技 术 与 开 发 Vo1．4l No．4 2012年 4月 Technology DevelopmentofChemicalIndustry Apr．2012 掺铁纳米二氧化钛的的制备及光催化性能 易均辉 ，刘 斌 ，钟建莲 (1．广西现代职业技术学院资源工程系，广西河池547000；2．江西新瑞丰生化有限公司，江西 吉安 331307) 摘 要：以钛酸丁酯为原料，采用溶胶一凝胶法制备出了掺杂Fe的纳米二氧化钛粉体。采用紫外一可见漫反射吸 收光谱 (DRS)和x射线衍射 (XRD)技术对其进行表征，并对Fe掺杂浓度、煅烧温度、煅烧时间对纳米TiO，光学活 性的影响进行了研究。研究结果表明，掺杂0．5％Fe，煅烧温度500~C，煅烧时间2h改性的粉体其可见光范围的吸收 明显增强，降解邻氨基苯酚的能力明显提高，5h后可达85％以上。 关键词：溶胶一凝胶法；掺杂二氧化钛；光催化降解；邻氨基苯酚 中图分类号：O643．3 文献标识码：A 文章编号：1671—9905(2012)04．0011-40 半导体以具有光催化活性高、耐光腐蚀性强、 表明，离子掺杂对TiO，光催化活性有明显促进作 稳定性好、环境友好、价格相对低廉、对人体无毒性 用，其中以Fe(Ⅲ)掺杂为最佳。目前，掺铁TiO 等优点而成为最重要的光催化剂。然而TiO，的带 纳米材料的制备方法主要有化学沉淀法、溶胶 一凝 隙宽度为3．2eV，只能吸收波长小于387nm的紫外 胶法及水热法等。 光能量，对太阳光能量的利用率仅约4％。为了提 本文主要采用溶胶凝胶法制备掺杂过渡金属离 高其光催化活性和对可见光的利用率，多年来，研究 子Fe“的纳米TiO光催化剂，用可见漫反射吸收光 者们围绕提高光催化反应量子效率进行了深人而广 谱和XRD对掺杂的Fe／TiO纳米粒子进行了表征； 泛的研究，并取得一些重要进展。目前提高TiO，的 并用其对邻氨基苯酚进行催化降解实验，考察了掺 光催化活性的方法主要有光敏化、贵金属沉积、表面 杂离子浓度、煅烧温度、煅烧时间对光催化活性的影 还原处理、半导体复合、离子掺杂等 [1-3]0目前用得 响。 较多的方法是离子掺杂。杨水金等 4[采用稀有金 属镧掺杂TiO作光催化剂在太阳光作用下对品红 1 纳米TiO，的光催化机理 溶液进行了光催化降解实验，发现镧掺杂后，拓宽了 纳米TiO 是N型半导体光催化材料，其电子结 TiO 的光谱吸范围，不仅限于太阳光中的紫外光， 构特点为一个满的价带和一个空的导带。在紫外光 从而提高了光催化效率。吴遵义等 通过光解法 照射下，能够分解出自由移动的带负电的电子(e一) 在氮掺杂TiO纳米颗粒表面复合了贵金属Pt纳米 和带正电的空穴 (h)，当电子能达到或超过其带隙 粒子，研究发现适量Pt掺杂抑制了光生载流子的复 能(3．2e一)时，电子就可从价带激发到导带，同时在 合，加速了电子界面传递速度，从而更进一步提高 价带产生相应的空穴 ，即生成电子一空穴对。电子一 了其阳极光电流，提高了TiO，的光催化活性。袁颂 空穴与空气中的HO和O产生具有很强活性的氢 东等 通过掺银的TiO：纳米带对甲基橙的降解进 氧 自由基(·OH)和活性氧(·O，一)[91，它们具有很强 行研究，降解率可达98．51％，较掺杂前提高了22％ 的氧化能力，能将有机物和细菌氧化分解成H，0和 左右。刘欢 通过钒掺杂二氧化钛薄膜制备与材 CO，，从而达到净化环境和空气的 目的。由于纳米 料特性分析发现，二氧化钛晶界处易于形成有效的 级TiO粒径小，比表面积大，提高了反应效率 0I，同 陷阱俘获光生空穴从而抑制光生载流子的复合，特 时纳米TiO 的氧化还原电位也发生变化，由光激发 适于用作光催化材料。Choi等