Ag修饰C掺杂TiO2光电响应及光催化性能研究

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TiO2作为一种较理想的半导体光催化材料有许多优点:化学性质稳定、无毒、廉价等。但TiO2较大的禁带宽度将其光响应范围限制在了紫外光区,这一缺陷极大地限制了它对太阳能的利用率,为将TiO2的光响应范围拓展至可见光区,可对TiO2进行元素掺杂窄化其禁带宽度。与此同时,TiO2光生电子-空穴对的高复合率制约其光电响应及光催化性能的提高,对此利用贵金属沉积能有效改善其性能。本文采用热氧化法、电泳沉积法和光还原沉积法来制备具有优良光电响应及光催化性能的TiO2光催化材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对样品的表面形貌、成分及物相结构进行了检测分析;通过测试样品的紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、瞬态光电流密度、荧光光谱及对罗丹明B(RhB)的光降解率研究了样品的光电响应及光催化性能,并对相关机理进行了分析。主要工作如下:(1)以TiC为原料采用热氧化法和电泳沉积法制备C掺杂TiO2(记作C-TiO2)光催化材料。在550-650℃热氧化温度范围生成的C-TiO2由锐钛矿相和金红石相的混晶构成,高于700℃时锐态矿相全部转化为金红石相。对C-TiO2样品的光电响应及光催化性能进行了研究,结果表明:不同温度下制备的C-TiO2光催化材料在可见光区均表现出光电响应及光催化性能,其中在热氧化温度为650℃时制备的C-TiO2光催化材料在可见光区具有最佳光电响应及光催化性能。(2)为改善C-TiO2光催化材料的性能,本文进一步在不同浓度的AgNO3溶液中利用光还原沉积法在C-TiO2表面负载了Ag纳米颗粒(记作Ag-C-TiO2)。结果表明:负载Ag能显著改善C-TiO2的光电响应及光催化性能,且Ag NO3的浓度对所制备样品的性能有重要影响。综合分析,由TiC在650℃热氧化生成的C-TiO2样品,在0.03 mol/L浓度的AgNO3溶液中负载Ag后制备的Ag-C-TiO2样品呈现出最佳的光电响应及光催化性能。样品在可见光和紫外光下的瞬态光电流密度分别为460 uA/cm2和780 uA/cm2;在可见光下经4 h光催化后对RhB的降解率为91%,在紫外光下经2 h光催化后对RhB的降解率为92%。
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