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TiO2光催化作为一种环境治理的高级氧化技术受到人们的广泛关注。在能量大于其禁带宽度的光照射下,TiO2被激发产生光生电子-空穴对,然后光生电子-空穴对迁移至催化剂表面实现光生载流子的有效分离。光生载流子具有强氧化还原能力,能有效催化降解大部分的有机污染物,并将有毒的无机污染物转化成无毒的形式。多年以来,利用各种方法提高TiO2的光催化活性,研究和开发具有可见光催化活性的TiO2一直是二氧化钛光催化研究领域的热门课题。
在本论文中,我们通过水解法和水热法分别合成了一系列具有高活性的TiO2可见光催化剂,具体研究内容和结果如下:
(1)将二氧化锡担载在氮掺杂二氧化钛表面,制成一种新型的可见光掺杂-复合催化剂SnO2/TiO2-N,利用该催化剂在紫外和可见光照射下催化降解4-氯苯酚污染物,以考察其光催化性能。对制备的催化剂样品进行结构表征,研究分析该复合催化剂中的可见光响应机理以及影响光催化活性的因素。研究结果表明,TiO2-N表面担载SnO2能够促进光生电子和空穴的分离,有效抑制光生载流子的复合,有利于催化剂光催化活性的提高;另外与金属原子键合以N-Ti-O和N-Sn-O键存在的表面氮物种可能是具有可见光响应的活性物种。SnO2与TiO2-N复合促使N-Sn-O键形成,具有可见光响应的活性氮物种增加,能够更加有效的利用可见光,所以掺杂.复合催化剂SnO2/TiO2-N的可见光催化活性提高。
(2)以铟掺杂二氧化钛纳米粉末为前驱体,采用水热法制备了具有优良性能的铟掺杂二氧化钛纳米管,借助XRD、Raman、TEM等多种手段对这些催化剂的晶体结构、表面微结构和禁带宽度等进行了表征,并以有机小分子4-氯苯酚为目标污染物,对催化剂的可见光催化性能进行研究。实验结果表明,纳米颗粒在强碱作用下已经基本不存在,转化成了管状结构,且所得纳米管两端开口,生长良好。在x%In-TiO2纳米管中,In3+进入TiO2的晶格取代了部分Ti4+,并在TiO2的禁带宽度中引入了掺杂离子的定域态能级,拓展了可见光响应范围,促进了光生电子和空穴的分离,从而使可见光催化活性有了很大的提高。