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《掺铜tio_2光催化剂光催化氧化还原性能的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第23卷第5期感光科学与光化学Vol.23No.52005年9月PhotographicScienceandPhotochemistrySept.,2005研究论文掺铜TiO2光催化剂光催化氧化还原性能的研究1,2,3211吴树新,尹燕华,何菲,秦永宁(1.天津大学化工学院,天津300072;2.第718研究所,河北邯郸056027;3.唐山师范学院化学系,河北唐山063000)摘要:利用浸渍法制备了掺铜二氧化钛光催化剂,分别以乙酸降解和二氧化碳还原反应为探针,研究了催化剂的光催化氧化光催化还原性能.结果表明,铜掺杂能显著提高催化剂的光催化性能;结合光电子能谱、X光衍
2、射分析等物理表征结果,对铜掺杂改性机制进行了讨论.关键词:光催化;乙酸;铜离子掺杂;XPS;TiO2;二氧化碳还原文章编号:10003231(2005)05033307中图分类号:O64文献标识码:A纳米级二氧化钛具有合适的禁带宽度、较大的比表面积、较高的光化学稳定性、较强的氧化还原性及无毒、成本低等优点,被广泛用作光催化反应的催化剂,但从其光催化效[1]率看,还存在半导体载流子复合率高等缺点.为提高光催化效率,必须有效抑制光生载流子的复合,为此,人们采用了多种手段如贵金属沉积、利用不同能级的半导体进行耦合[24]以及金属离子掺杂等对纳米二氧化钛进行改性.其中过渡金属
3、离子掺杂被认为是一种有效手段,但人们对掺杂改性的机理还未达成共识,而且掺杂催化剂的评价大多仅考[5,6][7]察其光催化氧化性能或光催化还原性能,而从氧化和还原两个方面同时考察掺杂催化剂的研究还少见报道.本文利用浸渍法制备了掺铜二氧化钛光催化剂,分别以乙酸降解和二氧化碳还原反应为探针,考察了催化剂的光催化氧化和光催化还原性能,并利用光电子能谱、X光衍射分析等物理表征手段,对铜掺杂改性机制进行了初步的探讨.1实验部分1.1催化剂的制备与表征收稿日期:20050307;修回日期:20050603.通讯联系人:尹燕华.作者简介:吴树新(1968),男,副教授,博士研究生,主要
4、从事绿色化学和新型催化技术的研究,Email:hdwushx@yahoo.com.cn.333334感光科学与光化学第23卷掺铜二氧化钛利用浸渍法得到:用计量的锐钛矿型二氧化钛超声分散于计量的硝酸铜溶液中,超声时间为15min.然后在烘箱中80烘干,450焙烧2h.得到掺铜量分别为0.08%、0.2%、0.8%、2%、8%、10%的掺铜二氧化钛.采用日本理学D/MAX2038型X射线衍射仪分析催化剂物相结构;实验所用的XPS装置是美国PekinElmer公司生产的PH1600型能谱仪,以本体的污染碳Cls结合能(284.6eV)为标准,对样品进行核电校
5、正,从而确定元素的结合能.1.2光催化剂的活性评价[8]反应器为三层同心圆筒形装置,最外两层为普通玻璃,中间层由石英玻璃制成.光源为125W中压汞灯,主波长为365nm.以乙酸水溶液降解评价其光催化氧化性能:将0.6g催化剂加入300mL浓度为250mg/L的乙酸水溶液中,摇匀.打开汞灯预热5min,通冷却水,使反应体系温度维持在室温.光照过程中,中速电磁搅拌,以200mL/min通入空气.反应2.5h后,分析体系COD,[9]扣除物理吸附和光解的影响,计算降解率.以二氧化碳还原反应评价催化剂光催化还原性能:反应底液为碳酸钠和亚硫酸钠的混合溶液,体积为200mL,其中碳酸钠的浓度为
6、0.25mol/L,亚硫酸钠的浓度为0.08mol/L,催化剂投加量为0.2g/100mL,二氧化碳流量为120mL/min,以反应6h后还原产物的种类及累积浓度作为评价催化剂性能的指标,还原产物分析方法见文献.2结果与讨论表1是掺铜前后催化剂光催化氧化性能的比较.可以看出,随着掺铜量从质量分数0.08%提高到10%,乙酸的消除率先是逐渐提高,并在0.2%时达到最大,随后便逐渐降低.表1掺杂前后光催化氧化性能的比较Comparisonofphotocatalyticoxidationactivitybeforeandafterdoping掺杂浓度(%,质量分数)00.080.2
7、0.8210100降解率D(%)21.5255.263.1635.8222.629.34.7图1是未掺杂二氧化钛和掺杂0.2%铜的二氧化钛催化剂上光催化还原二氧化碳还原产物的情况.从图中可以看出,未掺铜催化剂上光催化还原产物只有甲酸和甲醛,而掺铜后的催化剂上除了这两种产物外,还出现了甲醇,说明掺铜后催化剂的光催化还原能力得到了提高.图2是掺铜前后样品的XRD图,发现掺铜催化剂除了二氧化钛外,并未出现其它晶相.考虑到掺铜量为0.2%,铜物种可能进入二氧化钛晶
