不同稀土元素对TiO2活性的影响研究文献综述

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1、文献综述不同稀土元素对TiO2活性的影响研究一、前言二氧化钛9或称钛白粉)广泛用于各类结构表面涂料、纸张涂层和填料、塑料及弹性体，其它用途还包括陶瓷、玻璃、催化剂、涂布织物、印刷油墨、屋顶铺粒和焊剂。据统计，2006年全球二氧化钛需求达460万吨，其中涂料行业占58%、塑料行业占23%、造纸10%、其他9%。钛白粉既可用钛铁矿、金红石制取，也可用钛渣制取。钛白粉生产工艺有两种：即硫酸盐工艺和氯化物工艺,硫酸盐法的技术比氯化物法简单，可以用品位低和比较便宜的矿物。目前世界上约有47%采用硫酸盐工艺，53%采用氯化物工艺。T

2、iO2光催化剂具有化学性质稳定、光学和电学性质优异、光催化活性高等优点,而且价格低廉、无毒，不造成二次污染,在光催化应用研究中倍受青睐。特别是在治理环境污染、抗菌和自清洁表面等方面，更受到了极大的关注。在纳米TiO2应用过程中,其物理化学性质如结晶程度、比表面积、对反应底物的吸附能力、载流子分离能力以及光吸收能力等在很大程度上影响着其光催化氧化分解污染物的能力。尽管TiO2纳米晶、纳米膜和纳米管等的出现扩大了其在光催化领域的应用[1]，但在以TiO2为基础的光催化技术应用中还存在不尽如人意的地方。TiO2是宽禁带半导体材

3、料,只有在短波的紫外光才能被吸收,太阳能利用率较低。因此,改善TiO2的光催化性能成为了首先要解决的问题在以往的研究中,对TiO2光催化改性主要是采用离子掺杂[2-3]、半导体复合[4]表面沉积金属[5]其它手段[6-7]来改善其光催化性能。纳米材料被誉为二十一世纪的新材料，其概念在二十世纪中叶被科学界提出后得到了人们广泛的重视和深入发展。二十世纪80年代中期以来，随着微电子器件的迅猛发展，材料科学研究总的趋势是向精细、轻、薄、短小、微型多功能方向发展。而纳米材料所表现出的特异化学、机械、电子、磁学及光学性能正好可满足这

4、一趋势，从而引起了众多学科领域的专家和学者的重视。同时也促使人们把研究工作的思路向超细颗粒研究方向调整[8]。以半导体二氧化钛(TiO2)光催化为代表的高级氧化技术(AdvancedOxidationProcess，AOP)，是从20世纪70年代逐步发展起来的一门新兴环保技术。该技术可降解废水、废气和废固中的污染物。1972A．Fujishima和K．Honada在N型半导体TiO2电极上发现了水的光催化分解作用。以此为契机，开始了多相催化研究的新纪元[9]。TiO2是当前应用最为广泛的无机功能材料之一，在许多领域内都有

5、良好的应用前景。例如太阳能电池、电子陶瓷、湿度传感器(甜、高级涂料、防晒化妆品等[10]。随着人们对环境保护的关注，TiO2作为光催化材料一直是近年来材料科学和催化化学研究的热点[11]。纳米级的TiO2由于它粒径小，表面活性高，具有独特的小尺寸效应、表面效应和量子效应，成为光催化的首选材料。纳米TiO2能有效地减少光生电子和光子的复合，增强TiO2的氧化还原能力。同时纳米TiO2巨大的表面能，可以将反应物吸附在其表面，有利于催化反应的进行。而且TiO2无毒，具有良好的化学稳定性，对许多细菌具有杀菌作用，是环保型催化剂。

6、在所有纳米TiO2制备过程中，团聚始终是一个严重的问题，有关团聚的原因及防止措施都是研究的重点。TiO2主要有三种晶相：锐钛矿相、金红石相和板钛矿相。其中，板钛矿相不稳定，锐钛矿相的能带间隙约为3．2eV，当用波长小于387nm的光照射时，电子可以从价带激发到导带，从而具有光催化性能，金红石相则因为表面电子一空穴复合速度较快，几乎没有光催化活性[12]。稀土元素具有f电子，易产生多电子组态，其氧化物也具有多晶型、强吸附选择性、热稳定性好和电子型导电性等特点[13,14]，设想采用稀土氧化物掺杂TiO2制备复合型半导体材料

7、，可能是一类有效的光催化剂。尽管国产的微米级TiO2催化效果不如纳米级TiO2，但考虑到它成本低且易于分离与重复利用[15]，本实验采用了微米级的稀土氧化物掺杂微米级的TiO2通过浸渍的方法来制成复合氧化物催化剂，并以表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(DBS)的光降解实验为反应模型，验证这种催化.剂的活性。二、正文前些年气态有机污染物的光催化氧化主要集中在利用纳米二氧化钛粉体上，但粉末状二氧化钛光催化剂由于存在分离困难、易凝聚和不适合流动体系等缺点，难以投入实际应用。近年来，以溶胶-凝胶法为基础的TiO2薄膜制备方法成为光催化

8、剂的研究热点，也是目前光催化剂实用化的关键。许多研究者在二氧化钛光催化剂薄膜化应用于降解有机污染物、废水处理和空气净化等方面开展了卓有成效的研究[16-20]，但对于溶胶凝胶法制备二氧化钛薄膜用于光催化净化空气及其影响因素尚未进行过系统评述[21]。2.1二氧化钛物理化学性质锐钛矿结构是由TiO6八面体共边组成。而金