非金属与稀土金属掺杂二氧化钛的光催化分析.pdf

摘 要 二氧化钛是一种优良的光催化剂，具有广泛的应用前景。它具有光催化活性高、化 学性质稳定、无毒和低成本等优势。但是，由于其禁带宽度较大(Eg=3．2eV)，只能在紫 外光区才能表现出光催化活性，而在这部分仅占太阳光的3-5％，加上其电子空穴复合 率高的缺点，限制了二氧化钛对光能的有效利用。因此，为了制备高活性的Ti02光催 化材料，本文开展了以下几方面的研究工作。主要内容如下： 1、为寻找到使用更简便、更绿色的方法来制备二氧化钛光催化材料，用三种不同 的制备方法(溶胶凝胶法、反相微乳液法、生物模板法)制各出了Ti02样品，通过XRD、 SEM对合成的Ti02样品的物相和结构进行了表征，以降解罗丹明B溶液的程度为参考 对三种Ti02样品的光催化性能作出对比，结合三种制备方法的反应时间、成本、毒性 等相关因素，最后综合分析了三种制备方法的利与弊。 2、为了提高二氧化钛的光催化活性，使用非金属B和P对Ti02进行掺杂，采用溶 样品均有锐钛矿型，都具有降解染料溶液的能力，但是通过对比研究，发现掺杂B的改 性效果要比掺杂P好，随后详细研究讨论了B掺杂Ti02的制备以及影响催化效果的因 素，以对染料溶液罗丹明B的降解程度为参考，研究了其光催化性能，最后在煅烧温度， B原子掺杂量，染料溶液PH值，催化剂投入量等方面确立了B掺杂的最优值，结论为 500℃煅烧2 h之后掺杂量为2％的B．Ti02具有的光催化性能最好。 3、为了进一步系统研究掺杂对Ti02的改性效果，利用共掺杂的改性方法，共掺杂 为比较少见的稀土元素和非金属元素的组合，采用溶胶凝胶法制备了单掺B、P及Gd．B 共掺杂的Ti02光催化剂，在对样品表征后，发现共掺杂之后，Ti02的表面形貌发生了 巨大变化，在保持锐钛矿相的前提下，晶粒尺寸减小，以致比表面积变大。以降解三种 了它们光催化性能的高低，并进一步探讨了稀土元素Gd和非金属B掺杂提高光催化活 性的机理。实验证明了稀土元素Gd和非金属B共掺杂可以减小Ti02晶粒尺寸，有利于 抑制光生电子．空穴对的复合，从而提高Ti02光催化活性。研究结果可以得出结论稀土 关键词：二氧化钛，溶胶凝胶法，非金属掺杂，稀土元素，共掺杂，光催化活性 II ABSTRACT 丁it姐ium dioxideisagreat material．Ithas photocatalytic goodapplication has prospect．It maIly suchas adVantages highphotocatalytic activity,chemical stabilit3：non—toxicand胁c。st．But．its practica】 is1imitedintheuV aPplicati。n because。f region its band value large gap of3．2evand1。wquallmm yields·so TiO二can about onlycapture 3·5％ofthesolar irradianceatthe earth’s orderto t