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《金屬、非金屬摻雜TiO2納米管的制備及性能研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、金屬、非金屬摻雜Ti02納米管的制備及性能研究摘要文以硫酸鈦為鈦源，通過兩步水熱法制備了非金屬S、B元素與過渡金屬Fe離子摻雜改性的Ti02納米管催化劑，并分別采用TEM、XRD、XPS、FT-IR、UV-vis分析技術(shù)和光催化降解甲基橙的實(shí)驗(yàn)對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了研究。以硫酸為摻雜劑制備了硫摻雜的Ti02納米管催化劑(S．TNTs．H)。當(dāng)S：Ti摩爾比為l：1、120℃反應(yīng)6h所得S-TNTs．H具有最佳性能。TEM顯示該催化劑為外徑10—20nm，長(zhǎng)200nm左右的納米管；XRD結(jié)果表明S．TNTs．H為單一銳鈦礦
2、型；FT-IR顯示摻雜的硫以8042-形態(tài)鍵合在Ti02表面；由XPS分析可知硫摻雜導(dǎo)致Ti外層電子云密度減少，屏蔽效應(yīng)減小，電子結(jié)合能增大；UV-Vis漫反射光譜表明該催化劑對(duì)可見光的吸收增強(qiáng)；光催化實(shí)驗(yàn)證實(shí)S．TNTs．H在紫外光照射220min和太陽光照射190min(53．33Klux)后對(duì)甲基橙溶液的催化降解率達(dá)95．52％和84．26％；一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)k分別為0．7992h～、O．5208h～，比未摻雜改性納米管的k值分別提高了約5倍與10倍。另外，S．TNTs．H催化劑在催化反應(yīng)后可以通過簡(jiǎn)單的重力沉降
3、法分離回收。硫的摻雜與一維管狀結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用是S-TNTs．H具有高催化活性的原因。以硼酸為摻雜劑制備了B摻雜Ti02納米管催化劑(B．TNTs—H)。B：Ti摩爾比為O．24：l、在120℃下反應(yīng)6h后可得到大量中空、管徑lO．20nm、長(zhǎng)幾微米左右的銳鈦礦型硼摻雜Ti02納米管；XPS、FT．IR表明B摻入Ti02納米管中，可能部分取代O的位置而形成B．Ti．O鍵；UV-Vis表明B．TNTs—H的吸收邊向長(zhǎng)波方向移動(dòng)并且對(duì)可見光的吸收增強(qiáng)；光催化實(shí)驗(yàn)證明B．TNTs．H對(duì)甲基橙的降解率在紫外光照射90min和太陽
4、光照射75rain(56klux)后分別達(dá)到99．8％和90．6％，紫外光下的一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)常數(shù)k達(dá)2．3424h～，太陽光(53．32Klux)下達(dá)1．1394h～，比未摻雜改性納米管TNTs的k值提高了約12倍左右。另外，分離回收后的催化劑仍具有較高的可見光活性。B摻雜能窄化Ti02的帶隙能，大比表面積和一維結(jié)構(gòu)的納米管具有更多的活性位，這兩者的協(xié)同效應(yīng)使得B．TNTs．H具有較高催化活性且易于回收利用。以三氯化鐵為摻雜劑制備了Fe摻雜Ti02納米管催化劑(Fe．TNTs)。XRD結(jié)果表明，當(dāng)制備溶液pH值為1、F
5、e：Ti摩爾比為0．013：1，在120℃水熱反應(yīng)6h后所得Fe．TNTs為銳鈦礦、板鈦礦、金紅石三種晶型的混晶：TEM結(jié)果表明Fe．TNTs管徑50am左右、長(zhǎng)幾微米；UV-Vis表明Fe．TNTs的吸收邊向長(zhǎng)波方向移動(dòng)并且對(duì)可見光的吸收增強(qiáng)；光催化實(shí)驗(yàn)證明Fe．TNTs在紫外光照射220min后和太陽光照射(69．6klux)180rain后對(duì)甲基橙催化降解率分別達(dá)98．7％和96．4％；一級(jí)速率常數(shù)分別為1．2096h一和1．0572h一，比未摻雜改性納米管TNTs的k值提高了約16倍與8倍左右。另外，分離回收后
6、的Fe．TNTs仍具有較高的可見光活性。Fe的摻雜、“混晶效應(yīng)”、一維結(jié)構(gòu)納米管的協(xié)同效應(yīng)是Fe．TNTs催化活性提高的主要原因。關(guān)鍵詞：二氧化鈦納米管：硫摻雜；硼摻雜；鐵摻雜；光催化；甲基橙；分離回收PreparationofMetalorNonmetalDopedTi02NanotubesandtheirCharacteristicsABSTRACTTwo—stephydrothermalmethodwasdevelopedtopreparenonmetalS，BandmetalFedopedTi02nanotub
7、es．TheircharacteristicswereinvestigatedbyTEM，XRD，XPS，F(xiàn)T—IR，UV-Visspectroscopy．Thephotocatalyticactivitywasevaluatedbydecomposingmethylorange．S·dopedTi02nanotubes(S—TNTs—H)werefabricatedusingH2S04asdopant．WhenthemolarratioofS：Tiwasl：1，H2S04aqueoussolutionandTi02n
8、anotubeswerehydrothermalytreatedatl20℃for6h．theS．TNTs．Hexhibitedtheoptimalquality．TheXRDandTEMresultsindicatedthatS．TNTs．Hhadthesingle·crystallineanataseTi02withouter
