稀土摻雜二氧化鈦納米的制備及其光催化性研究

《稀土摻雜二氧化鈦納米的制備及其光催化性研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、稀土摻雜二氧化鈦納米的制備及其光催化性研究朱路路摘要：利用稀土摻雜對TiO2進(jìn)行改性以實現(xiàn)可見光響應(yīng)和提高量子效率是提高光催化劑活性的重要方法之一。總結(jié)了國內(nèi)外利用稀土摻雜TiO2催化劑的制備方法及利用稀土摻雜對TiO2進(jìn)行改性以提高其光催化效率的研究結(jié)果,分析了稀土元素種類、摻雜量等因素對光催化活性的影響。關(guān)鍵詞：稀土元素光催化二氧化鈦參雜1前言：光催化性是納米半導(dǎo)體的獨特性能之一，TiO2作為光催化材料因其具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對生物無毒性等優(yōu)點，成為當(dāng)前最有應(yīng)用潛力的一種光催化劑。但是由于TiO2光催化劑帶隙較寬(Eg=3.12

2、eV,K=387nm),只有在K小于387nm的紫外光激發(fā)下,價帶電子才能躍遷到導(dǎo)帶上形成光生電子和空穴分離;而且,由于光激發(fā)產(chǎn)生的電子和空穴的復(fù)合,導(dǎo)致光量子效率很低,制約了TiO2納米材料在實際中的應(yīng)用[2]。目前，國內(nèi)外提高TiO2納米粉體和納米薄膜光催化性能常見方法包括離子摻雜、貴金屬沉積、復(fù)合半導(dǎo)體、光敏化、超強(qiáng)酸化、表面螯合、表面還原處理等，其中以離子摻雜研究報道較多井立強(qiáng)[3]。本文著重闡述了二氧化鈦摻雜稀土的制備方法，影響光催化性能的主要因素以及催化增強(qiáng)的機(jī)理。2稀土摻雜TiO2的制備方法2.1溶膠一凝膠法:這種方

3、法是在用溶膠一凝膠法制備TiO2納米粒子的過程中加入稀土離子的鹽溶液(氯化物、硝酸鹽或其它)，之后將形成的凝膠進(jìn)行干燥燒結(jié)。該方法在水解過程中能促進(jìn)晶核的形成，抑制晶核的長大和顆粒的聚集，而且工藝簡單，操作便利，合成溫度低，條件易控且得到的產(chǎn)品具有良好的均一性和較高的純度，易實現(xiàn)摻雜。韓蘊華[1],采用溶膠凝膠法制備了鋇摻雜的磁性納米二氧化鈦Ba-TiO，／siO，／NiFe，0，利用TEM、XRD等技術(shù)對催化劑進(jìn)行了表征，并以亞甲基蘭為目標(biāo)降解物考察了磁性納米催化劑的可見光催化性能。張新,屈宜春,等[3]采用溶膠一凝膠法制備了純

4、的和摻雜La的rio2納米粒子，并利用XRD，TEM，XPS和熒光光譜(FS)等對樣品進(jìn)行表征，主要考察焙燒溫度和La含量對ri02納米粒子的性質(zhì)以及光催化降解苯酚活性的影響，并探討了La的摻雜對rio2相變的作用機(jī)制以及FS光譜與光催化活性的關(guān)系。2.2浸漬法:將稀土氧化物和二氧化欽粉末按一定比例配制的懸浮液攪拌均勻，蒸發(fā)至干，在稍高溫度下干燥至恒重，過篩，鍛燒，得到樣品。也有方法是將TiO2微粉浸漬在一定濃度的金屬離子的鹽溶液中，加入堿液使摻雜金屬離子轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘贇溲趸?，然后?jīng)過燒結(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傺趸铩?.3直接吸附法:是將微粉

5、浸漬在一定濃度的稀土離子的鹽溶液中，攪拌、過濾、干燥后作為樣品。2.4共沉淀法:這種方法是將含有Ti4+和摻雜離子的溶液慢慢加到含有過量沉淀劑的溶液中，并進(jìn)行攪拌。由于沉淀離子的濃度大大超過沉淀平衡濃度，從而使兩種離子能夠同時按比例沉淀下來，得到較均勻的沉淀物，再經(jīng)過濾、烘干、鍛燒，得到樣品。周蘭香[9]3.5gco(NO3)2·6I-I20或2．5e(N03)3·6I-I20與200mL去離子水在燒瓶內(nèi)配成溶液，然后將燒瓶置于冰浴中，40mL四氯化鈦緩緩滴入燒瓶，同時劇烈攪拌。滴加速度控制在使燒瓶內(nèi)溫度不超過15。C。滴加完畢用

6、氨水調(diào)節(jié)pH=4～5，沉淀用去離子水離心洗滌至無Cl一被檢出(用w(AgNO3=1％水溶液)。然后用無水乙醇分?jǐn)?shù)次交換出沉淀中的水分，離心分離。濾餅在70~C下真空干燥后，500~C下焙燒2h，得到CoO或Ce％質(zhì)量分?jǐn)?shù)約3％的超細(xì)摻雜粉體。2.5水熱分解法[9]：水熱法由于原料易得，反應(yīng)過程可控等特點而成為了最有應(yīng)用前景的方法之—。其基本方法是：在特制的密閉反應(yīng)容器(高壓釜)里，采用水溶液作為反應(yīng)介質(zhì)，通過高溫高壓將反應(yīng)體系加熱至臨界溫度。使前驅(qū)物在水熱介質(zhì)中溶解，進(jìn)而成核、生長、最終形成具有一定粒度和結(jié)晶形態(tài)的晶粒，卸壓后經(jīng)洗

7、滌，干燥即可得到納米級Ti02粉體。方法一:將Ti(SO4)2溶于去離子水形成透明溶液，在高速攪拌下，滴入NH3?H2O(1∶2)調(diào)節(jié)溶液的pH值，當(dāng)pH值大于2時，即開始產(chǎn)生白色沉淀，經(jīng)抽濾分離出白色沉淀后，用去離于水反復(fù)洗滌沉淀，直至用5%BaCl2溶液檢驗不到SO42-，然后，將得到的沉淀用稀硝酸溶解，形成硝酸氧鈦溶液，過濾,在濾液里加入一定量的DBS并充分分散，然后用氨水中和，將得到的濾餅用去離子水和無水乙醇分別洗滌，最后用異丙醇分散得到穩(wěn)定的膠體，將膠體置于25℃下真空子燥，得到的粉體在不同溫度下進(jìn)行煅燒,然后，用H-8

8、00型透射電子顯微鏡分析不同溫度下煅燒所得TiO2粉體的晶粒形貌。方法二:在氫氧焰水解四氯化鈦制備二氧化鈦的過程中，氫燃燒生成的水與四氯化鈦在高溫下反應(yīng)生成TiO2一次顆粒，這些顆粒再相互碰撞，經(jīng)凝結(jié)或燒結(jié)后變成TiO2納米顆粒。3.影響光催化性能