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《金屬、非金屬摻雜TiO2納米管的制備及性能研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-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分析技術和光催化降解甲基橙的實驗對其結構和性能進行了研究。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S：Ti摩爾比為l：1、120℃反應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200nm左右的納米管；XRD結果表明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分析可知硫摻雜導致Ti外層電子云密度減少，屏蔽效應減小，電子結合能增大；UV-Vis漫反射光譜表明該催化劑對可見光的吸收增強；光催化實驗證實S．TNTs．H在紫外光照射220min和太陽光照射190min(53．33Klux)后對甲基橙溶液的催化降解率達95．52％和84．26％；一級反應速率常數(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催化劑在催化反應后可以通過簡單的重力沉降
3、法分離回收。硫的摻雜與一維管狀結構的協(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6h后可得到大量中空、管徑lO．20nm、長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的吸收邊向長波方向移動并且對可見光的吸收增強；光催化實驗證明B．TNTs．H對甲基橙的降解率在紫外光照射90min和太陽
4、光照射75rain(56klux)后分別達到99．8％和90．6％，紫外光下的一級動力學反應常數(shù)k達2．3424h～，太陽光(53．32Klux)下達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構的納米管具有更多的活性位，這兩者的協(xié)同效應使得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結果表明，當制備溶液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結果表明Fe．TNTs管徑50am左右、長幾微米；UV-Vis表明Fe．TNTs的吸收邊向長波方向移動并且對可見光的吸收增強；光催化實驗證明Fe．TNTs在紫外光照射220min后和太陽光照射(69．6klux)180rain后對甲基橙催化降解率分別達98．7％和96．4％；一級速率常數(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”、一維結構納米管的協(xié)同效應是Fe．TNTs催化活性提高的主要原因。關鍵詞：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
