掺杂纳米tiolt2gt材料的制备及光催化性能研究

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1、摘要本文采用水热法制备了金属与非金属共掺杂、非金属共掺杂的纳米Ti02和金属掺杂的Ti02微球，并分别采用XRD、Uv_vis、XPS、FTIR和光催化降解甲基橙对其物相和光催化性能进行了研究。以TiCh和FeCl3为原料、在表面活性剂Span--80存在时，180"C下水热反应48h可成功制得直径为3—109in的金红石、锐钛矿和板钛矿混合相的微球Ti02．Fe．Span。XPS表明掺杂的铁以Fe3+形式存在；uv．vis结果表明，微球具有较高的可见光吸收性能，且吸收带边发生明显的红移。该微球在紫外光照射3h和太阳光照射6h时对甲基橙的降解率

2、分别达100％和91％。特别地，光催化反应后微球可采用自然沉降的方法进行分离，这一特点为Ti02光催化技术的实际应用提供了很好的基础。用TiCh、FeCl3和硫脲为原料，制得了硫和铁共掺杂的金红石和锐钛矿混合相的纳米二氧化钛(Ti02-S—Fe)。160"(2下制得的Ti02．Fe．S样品催化活性最优，紫外光照射60min和太阳光照射50min时对甲基橙的降解率分别达97％和99％。UV-vis表明该催化剂对可见光吸收增强，吸收带边明显红移。XPS表明，掺杂的硫取代Ti02中的晶格氧形成Ti．S键，使得Ti02的带隙能窄化引起对可见光的响应；同

3、时部分掺杂的硫以S6+形式存在，从而增强了Ti02．S．Fe的表面酸强度，提高了对氧和有机物的吸附；铁掺杂降低了电子和空穴的复合几率。阴阳离子的协同作用使得Ti02．S．Fe具有很高的紫外和可见光催化活性。以Ti(S04)4、硼酸和硫酸为原料，制得了B、S共掺杂的锐钛矿型纳米二氧化钛(Ti02．B-S)。UV-vis表明该催化剂对可见光吸收增强，吸收带边明显红移。XPS显示B、S共掺杂改性使得Ti02．B．S表面羟基氧含量提高，这对提高光活性是有益的。240℃下制得的Ti02一B—S具有较高的催化活性，紫外光照射50rain后对甲基橙几乎全部降

4、解，太阳光照射230rain后的降解率达92％。硼硫共掺杂Ti02具有较高的紫外光和可见光活性的原因可能是掺杂的硼以B3+进入晶格中，导致Ti02晶格畸变、带隙变窄，S掺杂提高了Ti02的表面酸度：B、S共掺杂对提高Ti02的光催化剂活性具有协同效应。以Ti(S04)4为钛源、硫脲为掺杂剂时，得到了N、S共掺的锐钛矿型纳米二氧化钛(Ti02-N—S)。UV-vis表明该催化剂对可见光吸收增强，吸收带边红移；EA和XPS分析表明催化剂表面的N含量高于体相的；光催化实验表明Ti02-N．S催化活性高于纯Ti02和单掺硫Ti02，在紫外光照射90ra

5、in和太阳光照射120min下对甲基橙的降解率分别达88．2％、41．4％。Ti02-N—S光催化活性的提高与IⅣ．．Vis光区的强吸收、吸收带边的红移、氧缺的产生以及表面酸度的提高等因素引起的协同效应有关。关键词：铁掺杂Ti02微球；硫铁共掺杂Ti02；硼硫共掺杂Ti02；氮硫共掺杂Zi02；协同效应；光催化活性ABSTRACTS—Fe，B-S，N-S-codopedTi02nanoparticleandFedopedmicrosphereshadbeenpreparedbyhydrothermalmethod．Theircharacteri

6、sticswereinvestigatedbyXRD，UV-vis，XPS，FTIRandphotocatalyticdegradationformethylorange(MO)．Fedopedtitaniamicrosphereswithadiameterofabout5-79mhavebeensynthesizedusingTiCl4andFeel3astheprecursorinthepresenceofSpan-80at180℃for48h．XRDindicatedthatthemierosphereswereamixtureofruf

7、fle，brookiteandanatase．XPSshowedthattheoxidationstateofironinthelatticesWaSprobablyFe203．TheUV-VisDRSrevealedthattheabsorptionedgeofmicrosphereshadaremarkableshifttothevisiblelightregion，itsabsorptioninthevisibleregionWasincreased。ThephotocatalyticexpefimentSrevealedthatthem

8、icrospheresexhibitedhighphotocatalyticactivitiesunderUV-lightandsolarirradi