金属n共掺杂可见光响应纳米tio,2光催化剂的共沉淀法制备及性能

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1、合肥工业大学硕士学位论文金属/N共掺杂可见光响应纳米TiO<,2>光催化剂的共沉淀法制备及性能姓名：罗祝义申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：刘雪霆20100401金属／N共掺杂可见光响应纳米Ti02光催化剂的共沉淀法制备及性能摘要随着工业的迅速发展，能源危机和环境污染日益严重。如何节约能源，控制和处理环境污染已成为当前的重大课题。在众多纳米光催化材料中，Ti02因具有氧化性强、稳定性好、廉价无毒等优点，成为最有发展前景的纳米光催化剂。但纯Ti02禁带宽度大(3．2eV)，只能利用太阳光中占很少部分的紫外光，且光生电子．空穴容

2、易复合，导致量子产率低，光催化活性不高，限制了其应用。因此，对Ti02进行改性，拓展光谱响应范围至可见光区，抑制光生载流子的复合以提高其光催化活性是Ti02光催化剂进一步走向实用化的关键。本文在总结纳米Ti02光催化剂改性研究进展的基础上，重点开展了以下几个方面的研究。1．为了拓展Ti02的光谱响应范围并提高其光催化活性，采用非金属离子N掺杂的方法对Ti02进行改性。通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外．可见吸收光谱(UV-vis)等对样品的晶相、形貌、元素组成、吸收带边等进行了表征。与纯T

3、i02相比较，掺杂样品的粒径较小，由于掺杂使价带上移，禁带宽度减小和形成杂质能级，使样品在可见光区的吸光强度明显增加。以亚甲基蓝为模拟脱色物、白炽灯为可见光光源表征了其可见光性能，发现N掺杂样品表现出良好的可见光催化活性。2．通过共沉淀法制备了La-N共掺杂Ti02纳米晶体。研究了掺杂浓度对光催化活性的影响。结果表明：在N、La的摩尔掺杂浓度分别为2％和O．3％时，制备样品的光催化活性最好，白炽灯下照射2h对亚甲基蓝的脱色率可达到45．2％。La掺杂的离子半径较大容易导致晶格畸变，半径较大的La3+进入Ti02晶格间隙形成新的结构缺

4、陷，这有利于晶粒的表面羟基化，使样品的光催化能力明显增强；同时La和N的掺杂均可以使禁带宽度窄化，引起催化剂吸收带边的红移，从而使可见光催化活性明显增加。而且La掺杂有效抑制了光生电子．空穴的复合。3．采用共沉淀法合成了Mo-N共掺杂纳米Ti02光催化剂Mo-N．Ti02。XRD分析表明所得光催化剂均为锐钛矿晶型，Mo-N共掺杂能抑制Ti02从锐钛矿向金红石型的转变；UV-vis结果表明Mo-N．Ti02对可见光吸收增强，吸收带边明显红移；XPS结果显示，Mo是以+6价的形式存在，并取代Ti针进入Ti02晶格中。催化剂制备的最优条件

5、为：Mo：N：Ti摩尔比为0．0125：0．02：1，煅烧温度为500℃，白炽灯下2h对亚甲基蓝溶液脱色率达55．7％。M0+6取代n4+进入晶格造成Ti02表面的lewis酸性增强，有利于其导带中的光生电子向表面迁移，促进了光生空穴．电子对的分离，同时协同共掺杂引起的带边红移作用提高了Mo-N共掺杂纳米Ti02的可见光催化活性。本文采用共沉淀法制备了金属／N共掺杂可见光响应Ti02光催化剂，在离子掺杂种类和浓度、煅烧温度对光催化活性的影响、光催化的作用机理等方面获得了一些有意义的结果，具有一定的创新性，对Ti02光催化剂太阳能有效

6、利用的理论和应用研究具有一定的促进作用。关键词：Ti02；可见光响应；共掺杂；共沉淀；光催化PreparationandPerformanceofMetal—NCodopedNanoTi02VisibleLightPhotocatalystsViaCoDreciDitationRouteRoUteLj0DreClDltatlonAbstractWjththerapiddevelopmentofindustry,energycrisisandenvironmentpollutionbecomemoreandmoreserious．Co

7、nsequently,howtosaveenergyandhowtocontrolanddealwiththeenviromentpollutionhavebeenveryimportanttopicnowadays．Amongallthenanophotocatalyticmaterials，Ti02becomethemostpromisingphotocatalystforitsstrongoxidationactivity,stability,nontoxicityandcheapness．However,pureTi02ha

8、salargebandgapenergy(3．2eV)andcanonlytakeadvantageofultravioletlight；asmallportionofsolarenergy,andthelightinducedele