铽负载介孔二氧化钛的制备、表征和协同效应-论文.pdf

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1、第31卷第l0期应用化学V01．31Iss．102014年10月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRY0ct．2014铽负载介孔二氧化钛的制备、表征和协同效应陈琪费霞何琴琴武其亮何兵刘雪霆(合肥工业大学化学与化工学院合肥230009)摘要以嵌段共聚物P123为模板剂，采用蒸发诱导自组装法制备了铽负载介孔TiO：光催化剂，并利用XRD、N：吸附解吸和uV-Vis吸收光谱等技术手段对样品进行了表征。制备的样品为锐钛矿和金红石混合晶相，以罗丹明B为模拟有机降解物，样品显示了良好的可见光催化活性。研究发现0．7％的铽负载和380℃的煅烧温度是较佳的制

2、备条件。介孔结构所具有的高的比表面积、小的晶粒尺寸、铽负载诱导的电荷分离和可见光吸收增强协同提高了光催化活性。同时，提出了铽负载二氧化钛诱导增强光催化作用的机理。关键词介孔二氧化钛，铽负载，协同效应中图分类号：O614．4；TQ134．1文献标识码：A文章编号：1000-0518(2014)10—1222-07DOI：10．3724／SP．J．1095．2014．30576二氧化钛具有高催化活性和化学稳定性，其低毒性和价廉易得等优点引起了国内外研究者的广泛关注。其中，介孔TiO：特有的高比表面积使其在增强吸附和光催化活性方面具有明显的优势¨引。然而，带隙高和光生载流子

3、易复合限制了它的广泛应用。据报道，离子负载不仅能扩展其可见光响应范围引，而且能显著抑制光生电子空穴的复合。作为一种稀土金属，铽(Tb)已经被证明能提高TiO的光催化性能，这是由于Tb的可变价态(rb¨和Tb)提供的电子陷阱效应所引起的。介孔TiO：高的比表面积有利于增加表面吸附水和羟基的数量，水和羟基在催化剂表面可与光生空穴反应生成羟基自由基(OH)ES3。另一方面，介孔TiO：由于粒径小而显示较强的氧化还原能力，也有利于光生电子空穴对的分离』。此外，金属离子负载是改善介孔TiO2'~能的有效途径。因此，制备介孔结构TiO：并进行稀土离子负载，通过增大比表面积、增强电

4、荷分离和可见光吸收等途径有望协同提高光催化活性。为降低TiO的带隙以及有效分离光生电子空穴对，本文制备了Tb负载介孔TiO：。以罗丹明B(RhB)的降解来评价制备样品的光催化活性。尽管已有文献报道了稀土负载介孔TiO的结构和性能J，但是涉及介孔结构和负载诱导的协同效应研究还比较少，本文详细探究了介孑L和Tb负载的协同效应，并提出了作用机理。1实验部分1．1仪器和试剂D／MAX2500V型x射线衍射仪(A=0．154nm，日本理学公司)；TristarII3020M型全自动比表面积和孔径分析仪(美国Micromeritics公司)；SU8020型场发射扫描电子显微镜(日

5、本日立公司)；DUV一3700型深紫外一可见一近红外分光光度计(日本岛津公司)。所用试剂均来自于国药集团(分析纯)。1．2样品制备将2．839gPluronicP123加入到20mL正丁醇中，磁力搅拌30min使其溶解。然后加入不同比例的Tb(NO)·6HO，溶解后，加入8．5mL钛酸四丁酯。继续搅拌80min后，在超声(40kHz，40W)、搅拌下逐滴加入含有2mL浓HC1和2．9mLHO的}昆合溶液。滴加完毕后，继续超声30min后，得到淡黄2013一l1一l5收稿，2014-05-23修回，2014-06．12接受安徽省高校省级自然科学研究重点项目(KJ2O1O

6、A271)通讯联系人：刘雪霆，副教授；Tel：0551~2901458；Fax：0551~2901450；E-mail：wmlxt@163．com；研究方向：材料化学工程第1O期陈琪等：铽负载介孔二氧化钛的制备、表征和协同效应色澄清溶液。然后将其转移至培养皿中充分地扩散形成薄层，经过室温96h，120℃2h，200℃2h的陈化后，取出粉末，研磨，再置于马弗炉中一定的温度下保温6h(1~C／min)，自然冷却至室温，研磨均匀，得到样品。其中，Tb(NO)·6H：0与钛酸四丁酯的物质的量比为0、0．3％、0．7％、0．9％和1．1％。将样品命名为TMT()．Y，其中和Y分

7、别为Tb(NO，)·6HO与钛酸四丁酯的摩尔比和煅烧温度。如TMT(0．7％)．380表示Tb／Ti的名义摩尔比是0．7％，煅烧温度是380℃。同时，采用同样的方法，制备了纯的TiO2(没有~1]Tb(NO3)3·6H2O和P123，煅烧温度为380℃，标记为pureTiO：-380)。1．3光催化实验光催化实验在自制的反应器中进行，使用加有420nm滤光片的12w节能灯(日光色)作为可见光光源。罗丹明B初始浓度为5mg／L。取0．1g催化剂加入到100mL罗丹明B水溶液中，先进行暗处吸附1h，然后开启光源进行光催化实验。整个实验过程中，利用搅拌和鼓