【摘 要】
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TiO2具有独特的化学稳定性、无毒和相对较高的光催化活性等优点,是最理想的光催化剂、气体传感器和太阳能电池材料。但是TiO2材料的光谱响应范围窄、反应速度慢,以及因光生载流子复合所造成的光催化效率低的问题严重阻碍了TiO2的应用。 本论文采用液料等离子喷涂法制备了不同稀土离子(La3+、Ce3+、Y3+)掺杂的TiO2粉末,并通过TEM、XRD、UV-Vis和XPS等检测手段对制备的掺杂TiO2纳米粉末进行表征,讨论了不同掺杂浓度的样品催化降解甲基橙染料实验中的光催化活性。结合试验结果详细分析了
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TiO2具有独特的化学稳定性、无毒和相对较高的光催化活性等优点,是最理想的光催化剂、气体传感器和太阳能电池材料。但是TiO2材料的光谱响应范围窄、反应速度慢,以及因光生载流子复合所造成的光催化效率低的问题严重阻碍了TiO2的应用。 本论文采用液料等离子喷涂法制备了不同稀土离子(La3+、Ce3+、Y3+)掺杂的TiO2粉末,并通过TEM、XRD、UV-Vis和XPS等检测手段对制备的掺杂TiO2纳米粉末进行表征,讨论了不同掺杂浓度的样品催化降解甲基橙染料实验中的光催化活性。结合试验结果详细分析了采用该方法制备纳米TiO2的形成及掺杂机理、并对稀土离子掺杂对纳米TiO2结构及性能的影响机制进行了初步探讨。 TEM检测结果表明,该方法制备的TiO2粉末颗粒基本呈球形,粒径分布范围为10～50nm,颗粒分散良好。XRD检测结果表明,制备的TiO2粉末为锐钛矿和金红石混晶结构。稀土离子掺杂能促进锐钛矿向金红石的转变,抑制了TiO2的晶粒生长,同时稀土离子掺杂造成TiO2晶格常数发生不同程度变化,并引起晶格畸变。经对TiO2粉末进行UV-Vis检测后发现三种稀土离子掺杂均能使TiO2紫外-可见吸收光谱发生“红移”,并且随着掺杂浓度的增加“红移”程度增加。XPS检测结果表明,有部分稀土离子通过掺杂能进入TiO2晶格取代Ti4+,大量稀土元素以La2O3、Y2O3和CeO2的形式聚集在TiO2表面,Ce元素在掺杂过程中从Ce3+变为Ce4+。 光催化实验结果表明,在紫外光照条件下,La3+和Y3+掺杂均能明显提高TiO2的光催化活性,随着La3+和Y3+离子掺杂浓度的增加TiO2的光催化活性均呈先增大后减小的趋势。La3+最佳掺杂含量为0.2％,与无掺杂TiO2相比在90min甲基橙降解率从78.3％提高到97.5％％,提高了24.36％；Y3+最佳掺杂量为0.1％,甲基橙降解率在90min可达98.4％。可见光条件下三种离子掺杂对TiO2光催化活性提高不大,相比之下La3+掺杂TiO2在可见光下的光催化效果最好。
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