铁锌掺杂TiO2粉末制备及其催化性能研究.docxVIP

铁-锌掺杂TiO2粉末的制备及其催化性能的研究第二组指导老师:宋士涛摘要本文采用溶胶-凝胶法（sol-gel）制备了Fe3+,Zn2+共掺杂的TiO2粉体，并研究了掺杂量对TiO2粉体光催化性能的影响。用X射线衍射仪（XRD）和对其结构和形貌进行表征，并以甲基橙溶液为目标降解物，用紫外光和可见分光光度计对TiO2粉体的光催化性能进行测定。催化实验结果表明，铁0.5%、锌1.0%的TiO2粉体的催化效果最好。关键词：二氧化钛；溶胶-凝胶；掺杂；催化AbstractThis paper adopts sol-gel (sol - pure and gel) preparation Fe+3,Zn2+TiO2 powders of a dopingand studied doping amount of TiO2 powders photocatalytic performance influence. X-ray diffraction (XRD) and its structure and morphology，and characterized by methyl orange solution for target degradants with uv-vis spectrophotometer, TiO2 powders of photocatalytic performance were determined.Keywords:Titanium dioxide；Sol-gel；Doping; Catalytic 1 绪论1.1 论文研究的背景及意义随着地球环境的恶化，人们对可有效地改善环境的光催化剂予以很大的关注。TiO2光催化剂具有非常好的抗菌灭菌效果，因此备受人们的青睐。TiO2有两种主要的存在形式锐钛矿型TiO2和金红石型TiO2材质上二者无大的差别，但在紫外线照射后的光催化效果上有明显的不同具有光催化作用的是锐钛矿型。 TiO2金红石型主要是作为颜料添加剂使用，金属钛在大气中700℃以下加热表面生成锐钛矿型 TiO2超过700℃转变为金红石型，另外阳极氧化生成的表面氧化膜也是锐钛矿型TiO2，日常生活中可见到的带氧化膜的钛制品有建筑物屋顶、外墙、纪念碑、手表照相机、艺术品等。光催化氧化技术是一种高级氧化技术。TiO2催化活性较高化学稳定性好，无污染应用范围广，是目前最具开发前途的绿色环保型催化剂。然而TiO2也有其自身的缺陷：一是其禁带较宽（锐钛型Eg = 32eV 金红石型Eg = 302eV）只能用紫外光来激发；二是电子和空穴容易发生复合，所以光催化效率低。为了提高光催化活性必须对光催化剂本身进行改性，改性的方法有：非金属掺杂、金属和过渡金属掺杂，半导体复合和表面修饰等。通过改性可以提高激发电荷分离抑制载流子复合以提高量子效率扩大起作用光的波长范围，提高光催化剂的稳定性提高光催化反应的选择性或产率等。过渡金属元素的改性光催化剂尤其以铁，锌改性研究较多。通过铁改性不仅可以影响光致电子和空穴的分离提高其光催化效率而且可使T iO2吸收带边发生红移。T iO2的光催化机理：T iO 2 是n型半导体, 能量高的导带底和能量低的价带顶之间有宽度为E g 的禁带。当吸收光子的能量hv大于或等于Eg时, 电子就会从价带跃迁到导带, 这样就在导带上产生电子, 价带上留下空穴, 为氧化还原反应的进行提供了必要的物质条件, 因氧化还原反应的本质即为电子的得与失。这些光生电子、空穴具有一定的能量, 可以自由迁移, 当迁移至T iO2表面时,易与吸附在TiO2表面的O、H2O、OH- 反应生成超氧自由基( -O2- )和羟基自由基 (OH ) 等具有极强氧化还原能力的高活性基团, 从而将有机污染物催化降解为CO2、H2O 等无机小分子, 达到彻底净化的目的。但是, 锐钛矿T iO2的帯隙较宽 E g= 3. 2 eV ), 使其只能吸收波长小于或等于387 nm 的紫外光, 而紫外光仅占太阳光的3% ~ 4% , 这使其光能利用率较低; 另外光生载流子易复合, 光量子产率低, 严重降低了TiO2的实际应用价值。因此拓展TiO2的光吸收响应范围, 抑制光生载流子复合就成为当前TiO2光催化研究领域的焦点之一。2 实验部分2.1 仪器实验中所用的仪器烧杯容量瓶玻璃棒吸量管移液管洗耳球坩埚研钵分析天平　　箱式电阻炉　循环水式真空泵　HJ-1型磁力搅拌器　数显鼓风干燥箱　玻璃仪器气流烘干器　722分光光度计　2.2 药品实验中所用的药品钛酸丁酯硝酸硝酸铁硝酸锌冰醋酸无水乙醇甲基橙2.3 合成方法量取钛酸丁酯14mL，溶于30mL无水乙醇，磁力搅拌器剧烈搅拌10min，缓慢滴加1mL的0.1mol/L的HNO3溶液，再缓慢加入铁锌混合溶