锑掺杂二氧化钛的制备及其光催化性能研究

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1、锑掺杂二氧化钛的制备及其光催化性能研究摘要Ti02作为一种环境材料，由于具有无毒、光催化活性高、物理化学性能稳定、价廉等特点，在环境污染治理、太阳能综合利用等方面正发挥着越来越重要的作用。但Ti02的光催化活性通常需要由紫外光线来激发，由此造成其不能直接利用太阳光中的可见光部分，使其应用过程出现不便，且提高了使用成本。克服这一缺点的有效方法是利用金属离子掺杂改性，改变Ti02的能带结构，使其能吸收太阳能中的可见光部分。本文采用草酸氧钛酸前驱物分解工艺，制备了掺杂锑的二氧化钛粉体，以有机磷农药甲胺磷为例，评价了掺杂二氧化钛光催化剂在可见光下的光催化性能。借助X射线衍射(XIm

2、)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外一可见光(UV-Ⅵs)分光光度计等对光催化剂及其光催化效率进行了表征。结果表明，所制各的样品为金红石相和锐钛矿相的混晶，颗粒形状不规则，粉体粒度在100nm左右，且有一定的团聚。XPS结果表明掺入的锑离子以Sb5+的形式存在，锑掺杂进入Ti02晶格后影响了Ti周围的化学环境，使其电子结合能有所增加。掺杂离子锑的引入，阻碍了Ti02由锐钛矿相向金红石相的转变，提高了Ti02的A_R相转变温度。在可见光下，用锑钛掺杂比为0．2％、900℃煅烧保温0．5h后的Ti02降解6h后，甲胺磷的无机磷

3、回收率达到96．4％。掺杂量超过0．2％时，其光催化降解有机物的能力下降。采用将催化剂物理化学性质与催化活性进行关联的方法，对光催化活性变化规律进行了分析，讨论了掺杂可见光化的可能机制。认为由于掺杂离子进入Ti02光催化剂晶格后，改变了原Ti02的能带结构，在禁带中形成了新的施主掺杂能级，使其带隙减少，Ti02价带电子的跃迁路径发生改变，从而能吸收可见光。关键词：二氧化钛，光催化降解，可见光，掺杂，锑PreparationofSb—dopedTi02andResearchofItsPhoto—catalyticPropertyAbstractAsaneco—material

4、，Ti02playsmoreandmoreimportantroleintheenvironmentcontaminationdisposalforthecharacterizationofnontoxicity,highphoto—catalyticability,stabilizationofphysicalandchemicalproperty,cheap，eta1．Butthephoto—catalyticabilityofTi02shouldbeexcitatedbyultravioletradiation，itcan’tmakeuseofthevisibleli

5、ghtpartofthesolarenergydirectly,andcomesforthinconvenienceinappliedprocessandimprovesthecost．Metalliciondopingisoneofthemosteffectivemethodstoresolvethedefect，itCanchangethestructureofenergylevelofTi02toabsorbthevisiblelight．Inthisthesis，wepreparedSb—dopingTi02powderuseprecursortitanyloxal

6、atedecompositionmethodandevaluatedthephoto—catalyticdegradationabilityundervisiblelighttookorganicpesticidemethamidophosasanexample．Andcharacterizedthephoto—catalystanditsphoto—catalyticabilitybyX—raydiffraction(XRD)，Scanningelectronmicroscopy(SEM)，Transmissionelectronmicroscopy(TEM)，X—ray

7、photoelectronspectroscopy(XPS)，UV-Visiblespectroscopy(UV-Vis)．ExperimentresultsshowthatthepreparedTi02crystalsaremixedwithrutilephaseTi02andanatasephaseTi02，theshapeoftheparticleisabnormal，themeanpowderdiameterisaboutlOOnmandtheparticleisreunited．XPSresultssho