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二十一世纪,全球能源短缺和环境污染问题日益加剧,充分利用太阳光这一巨大的能源,对解决上述问题及社会的发展具有非常重要意义,其中半导体光催化材料在太阳光的综合利用方面具有不可替代的作用。在半导体光催化材料中,二氧化钛由于其成本低,耐光腐蚀、耐化学腐蚀,无毒无害而受到广泛关注。介孔二氧化钛因其具有丰富的孔结构和大的比表面积,展现了更优异的光催化性能。但是介孔TiO2热稳定性较差,而且它的禁带宽度较大,只有紫外光才能激发使其具有活性,不能充分利用太阳光,难以实现广泛应用。
本文对金属掺杂介孔二氧化钛的制备及性能进行了研究。其一,采用过渡金属Mo和稀土金属Ce对TiO2光催化材料进行掺杂改性,研究Mo,Ce掺杂对TiO2结构参数及性能的影响,从而改善其可见光响应性,并通过亚甲基蓝降解对其光催化活性进行了考察。研究结果表明:共掺杂改性后的二氧化钛光响应性明显提高,不仅在可见光区具有明显吸收而且对紫外光也有更强的吸收。本文所制备光催化剂在模拟太阳光下照射10 h,亚甲基蓝几乎完全降解。其二,以CA为结构导向剂、H2MoO4为钼源通过溶胶.凝胶法合成具有介孔结构的Mo掺杂TiO2光催化材料,旨在通过形成具有杂原子的骨架结构提高介孔稳定性,通过掺杂改变介孔二氧化钛的吸附行为,同时使其可见光活性提高。采用XRD,TG-DTA,UV-vis,N2吸附-脱附和TEM等技术对所合成催化材料进行表征,结果表明:合成材料具有很好的介孔结构;钼掺杂提高了其比表面积和热稳定性,有效抑制了介孔的坍塌和锐钛矿相向金红石相的晶型转变及晶粒的增大;钼掺杂的TiO2在550-600 nm具有很强吸收峰,可见光吸收大大提高。