物理化学创新实验材料.doc

《物理化学创新实验材料.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、1.二氧化钛作为一种高效率、低毒害、价廉的光催化剂，受到越来越多的人们的关注，并在近年来取得了很大的研究进展。二氧化钛能够在能量较高的紫外光的照射下激发，产牛光牛电子一空穴对，这一些电子和空穴具有极强的氧化还原性,它们能够和二氧化钛表面所吸附的水、氧气以及有机污染物发牛一系列的氧化还原反应。通过这些反应，二氧化钛表面所吸附的有机污染物最终会被降解为无毒的小分子，例如CO2、H2O等。但是，二氧化钛在H常牛活屮的应用受到两个因素影响。其一，二氧化钛的禁带宽度比较大（锐钛矿禁带宽度约为3.2eV）,需要用紫外光照射才能够激发产牛光电子和空穴，然而紫外光在太阳光所占的比例却是非常小的°另外，二氧

2、化钛通过紫外光激发产牛的光牛电子一空穴对非常地活泼极易复合，这同样影响着二氧化钛的光催化活性。因此如何扩宽二氧化钛的光响应范围，降低光牛电子和空穴的复合率，成为提高二氧化钛光催化性能和拓宽其应用范围的一个重点问题。为了解决上述问题，需要对二氧化钛进行改性。戸前，二氧化钛的改性方法有很多种，在本文屮主要采用离子表面掺杂、离子梯度掺杂和二氧化硅改性这三种方法对其进行改性。离子掺杂改性不但可以扩宽二氧化钛的光响应范围，而且可以抑制光牛电子和空穴的复合率，从而提高二氧化钛的光催化活性。离子的梯度掺杂可以通过改变掺杂离子的浓度分布，使光牛电子空穴更容易转移到表面进行催化反应，同吋也可以防止因表面掺杂

3、离子过多而导致的负面影响。二氧化硅改性可以增大复合材料的比表面积,增大孔体积,同吋能够提高锐钛矿的热稳定性，这些均有利于提高二氧化钛的光催化活性。本文掺杂所用的离子包括金属离子Ag、Co、Ce和非金属离子B,通过对比它们单独掺杂、共掺杂和梯度掺杂的复合薄膜对染料的降解情况，来研究其光催化反应的机理。论文的研究工作主要包插以下儿个方面：（1）复合薄膜的制备及性能研究本实验所用的Ti02胶体和SiO2胶体均采用溶胶一凝胶法制备，其相应的复合薄膜采用浸渍提拉法在玻璃基底上制成。根据掺杂改性后的Ti02薄膜对染料的降解情况，來确定Ag、Co、Ce、B离子单独掺杂的最佳浓度及共掺杂的最佳配比，并依据

4、所得最佳浓度或配比，来确定叠层薄膜和梯度掺杂对光催化活性的影响情况。通过实验研究发现，将上述几种离子共掺杂Z后，复合微叠层薄膜或梯度掺杂薄膜的光催化性能有了很大的提高，并且复合薄膜的光响应范围增大。（2）复合薄膜的表征本实验使用了紫外一可见分光光度计（UV・vis）、差热一热重分析仪（DTA-TG）>X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电镜（FE・SEM）、荧光光谱仪（PL）、氮气吸附■脱附仪（BET）等手段，对复合薄膜的结构和光学性质进行了表征和探索，并对改性后的反应机制进行了一定的探讨。在TiCh的各种晶型屮，只有锐钛矿具有光催化活性。实验结果表明，如果只进行离子掺杂，金红石及板钛矿的含

5、量明显的减少，锐钛矿含量增加并且峰型更加明显；而当有SiO2加入到材料屮后，金红石和板钛矿则会全部消失，表现出单一的锐钛矿型。另外，无论离子的掺杂改性或是SiCb的改性，都可以减轻TiCh薄膜的表面团聚现象，使其表面变得平整，粒径分布均匀，并且还可以使材料的比表面积增大，孔径增大。（3）光催化机理的探讨对TiCh薄膜进行离子掺杂改性后，其光催化性能得到显著提高，可以推测出掺杂离子后，二氧化钛结构的发牛了变化,从而影响了薄膜的光催化性能。对TiO2进行离子掺杂吋，掺杂的离子可以进入TiCh的晶格屮，引起晶格畸变，从而可以牛成更多电子空穴。另外，掺朵的离子还可以在TiO2的表面成为电子的吸附位

6、点，阻碍光牛电子和空穴的复合。对于梯度掺杂的薄膜，则是因为掺杂离子浓度在薄膜内的梯度排布，使光牛电子空穴更容易迁移到薄膜表面进行催化反应，同时这样也能充分利用掺杂离子，不会使过多离子聚集在薄膜表而，成为光牛电子空穴的复合小心，影响光催化反应速率。而微叠层薄膜所表现出的优异的光催化活性主耍是因为层与层2间的界面效应抑制了电子和空穴的复合，同吋加入的SiO2可以为材料提供更大的比表面积,使材料的光催化活性更进-步得到提高。2•采用AcHE法合成了添加低浓度的锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、艳(Cs)、镁(Mg)、钙(Ca)、總(Sr)、铝(Al)、硅(Si)、铁(Fe)、钻(Co)、鎳(Ni

7、)、锌(Zn)、铜(6)、金(Au)、耙(Pa)、镭(Mn)、锡(Sn)、饰(Ce)、钳(Mo)、钩(W)、祕(Bi)、鋼(La)、轮(Y)等23种冗素的离子的二氧化钛(M・TiO2)材料,其屮,各离子的添加浓度相同cXRD结果表明，该方法合成的二氧化钛材料均为锐钛矿结构，晶粒尺寸为10・15mn,低浓度金属离子的引入不会对二氧化钛的结构造成影响。通过在紫外光下催化降解亚甲基蓝光的反应,比较了M-T1O2的光催化活性。结