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为了充分利用太阳光,以改性TiO2为主的一序列可见光催化剂正在备受关注。孔状二氧化钛和二氧化硅混合氧化物的制备一直是个挑战,为了能在可见光区域有光吸收而掺杂上了过渡金属的介孔二氧化钛和二氧化硅混合氧化物也尚未见报道。鉴于此背景,在本文中,我们组合了孔状二氧化钛和二氧化硅混合氧化物和过渡金属掺杂的特性,制备出一种新的可见光催化剂。
我们以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板,采用直接掺入金属前驱物并通过水热合成法处理,合成了过渡金属Co掺杂的无定形介孔二氧化钛和二氧化硅混合氧化物(Co-TiO2-SiO2,质量比Ti/Si=0.8)。最终样品的物理特性用N2吸附法、X射线衍射法(XRD)、紫外-可见分光光度法、傅立叶红外光谱法等常规手段进行表征。
同时把它应用于染料溶液和乙醛气体为代表的污染物光催化降解中。通过和其它光催化剂的对比,如:DegussaP25TiO2,Co-MCM-41,Co-TiO2及TiO2/Co-MCM-41,得出:在染料光催化降解中Co-TiO2-SiO2是一个在紫外和可见光下都有活性的催化剂,且在可见光下的催化活性明显优于DegussaP25TiO2,Co-MCM-41,Co-TiO2,TiO2/Co-MCM-41;在乙醛光催化降解中,TiO2的存在对提高光催化活性并无意义,而大比表面积的SiO2是提高光催化活性的关键因素。
另一面,我们从pH、染料结构等影响光催化的因素讨论了Co-TiO2-SiO2降解六种阳离子染料(龙胆紫;甲基紫;亚甲基蓝;蕃红花T;碱性品红;罗丹明B)的催化活性,实验证明催化剂吸附染料是光催化降解的前提条件,碱性条件比中性和酸性条件更有利于阳离子染料的降解。
对于暗态催化降解乙醛反应动力学的研究,我们用自主研发的时间分辨微波技术在线监测了过渡金属取代MCM-41(Ni-MCM-41,Ce-MCM-41,Fe-MCM-41Cd-MCM-41,Co-MCM-41)的催化剂暗态降解气相乙醛的过程。其中以Co-MCM-41对乙醛的降解速率影响最明显。该方法对降解乙醛体系十分灵敏,还对不同催化剂的催化作用具有显著的分辨率。