氮掺杂可见光响应型纳米TiO的制备及光催化性能研究

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纳米TiO<,2>作为一种宽带半导体,由于性质稳定、无毒、以及高效的光催化活性,引人瞩目。但TiO<,2>禁带宽度大(3.2eV),只能利用太阳光中的紫外线部分(仅占太阳光能5-8%)。这使TiO<,2>作为光催化剂在实际应用中难以大规模推广。本论文分别采用“水解法”和“胶溶-水热法”制备可见光响应型纳米TiO<,2>。通过XRD、IR、UV-Vis和TG-DTA/DSC等分析测试方法,并以甲基橙降解作为纳米TiO<,2>光催化探针反应研究了纳米TiO<,2>结构、光吸收性质及其光催化活性。并在此基础上,进一步研究了三乙胺的用量和[H<+>]对通过“胶溶-水热”胺化掺N法所制备的“含N”纳米TiO<,2>可见光响应性质和光催化效果的影响。此外,本文还对氮掺杂TiO<,2>的形成机理进行了探讨。 实验结果表明:(1)通过“胶溶-水热法”制备的纳米二氧化钛样品,270℃焙烧是制备可见光响应型纳米TiO<,2>的合适温度;(2)“水解法”制备的产品结晶度太低,光催化活性低。“胶溶-水热法”制备的TiO<,2>,经270℃焙烧后不但结晶度高,而且其可见光吸收性能(阈值为418nm)和光催化性能(光催化30min,对甲基橙的降解率为42.57%)都较好。比较发现:“胶溶-水热法”是制备可见光型纳米TiO<,2>的有效方法。(3)以Ti(SO<,4>)<,2>为钛源,三乙胺(Et<,3>N)为氮源,在有一定浓度的H<+>存在的条件下,通过“胶溶-水热法”制备氮掺杂纳米TiO<,2>时,硝酸量为60ml(4mol/L),三乙胺量为15ml(即0.336mol)条件下制备的样品可见光活性最高。研究发现:经过30min的光催化后,样品对甲基橙的降解率达到了79.21%;持续光照90min后,甲基橙降解率甚至达到了100%。通过TG-DTA/DSC、IR和UV-Vis光谱分析了胶溶-水热晶化过程中吸附在TiO<,2>表面的三乙氨分子或胺离子的存在形式,以及通过C-N断裂在TiO<,2>表面形成Ti-N键和新的带隙能级使催化剂的吸收带红移至可见光区(600-750nm)的可能机理。
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