论文部分内容阅读
本文以普通的工业二氧化钛粉体为前驱体,通过水热法制备了未掺杂和银元素及氮元素掺杂的二氧化钛纳米带。用扫描电镜、X射线衍射、X光电子能谱、比表面积、红外光谱等手段对产物进行表征和分析,并在紫外-可见-甲基橙体系中研究其光催化性能。
研究表明:所制备的二氧化钛均为带状,直径多在50~300nm之间,长度可达几十微米。并且随着煅烧温度的升高,团聚现象逐渐减小,分散性越来越好。银和氮元素的引入并没有改变TiO2纳米带的整体形貌,但氮的引入对纳米带的生长有一定的抑制作用,而且银和氮元素的掺杂改性都抑制了TiO2由无定形向锐钛矿转变及由锐钛矿向金红石的相转变过程。
水热法制备的二氧化钛纳米带在一定煅烧温度范围内,随着温度的升高,其催化活性有所提高;催化活性随煅烧时间增加而增大,3h后煅烧时间对催化活性的影响不大;催化剂用量为2g/L,甲基橙初始浓度较低时,其光催化效果较佳。通过对银元素掺杂的二氧化钛纳米带的研究,发现银元素的掺杂存在一个最佳的掺杂量,。高于或低于此掺杂量,光催化效率均下降。在最佳负载量0.1(w/w)%时,Ag/TiO2纳米带的活性比纯TiO2纳米带高22%左右。采用前期掺银方式所制得催化剂明显优于后期掺银所制得催化剂,而且掺银二氧化钛纳米带的光催化活性优于纳米粒子。
通过对氮元素掺杂的二氧化钛纳米带的研究,发现样品的晶化程度随着煅烧温度的升高而增大,而BET比表面积则随之减少。掺杂后的晶粒尺寸比不掺杂的要小,且掺杂浓度越高,晶粒越小,二氧化钛的比表面积则越大。氮元素的掺杂也存在一个最佳掺杂量,当n(N):n(Ti)=4:1时,所制得的N/TiO2纳米带的可见光活性较高。本文通过比较三种不同的氮前驱体制备的N/TiO2纳米带的可见光催化活性,发现以三乙胺为前驱体所制得的N/TiO2纳米带的活性较高。通过比较三种不同的方法制备N/TiO2纳米带,发现在水热反应前引入氮元素所制得的催化剂可见光活性较高。虽然氮元素的引入提高了TiO2纳米带的可见光活性,但使TiO2纳米带紫外光催化活性有所下降。