论文部分内容阅读
对纳米二氧化钛掺杂改性课题近几年来研究非常广泛,但对于纳米TiO2的禁带宽度宽、光响应范围窄、量子产率低、光生载流子复合率高等问题还没有得到很好的解决。本文以硫酸氧钛为原料,以CoO、Fe（NO3）3-9H20和MnSO4·H2O作为掺杂剂,用水热法制备了三种掺杂类型的纳米TiO2,并用SEM、XRD、激光粒度分布仪、红外光谱、紫外光谱、热重分析仪、BET等分析测试手段进行了表征,对比了三种掺杂型的纳米TiO2的光催化活性,研究了不同溶液pH、不同反应时间、温度、掺杂量对水热合成掺杂型纳米TiO2和光催化活性的影响。同时,研究了溶液pH、光源、催化剂量对光催化反应的影响以及催化剂的稳定性。此外,还研究了 Co掺杂纳米TiO2的光电催化活性。意在为促进纳米TiO2的光生电子-空穴分离作进一步的研究。本文通过掺杂过渡金属离子来提高光生载流子的寿命。通过XPS研究分析三种掺杂元素Fe、Mn和Co在纳米TiO2的表面的存在形式,它们均以氧化物状态存在,并与TiO2之间存在着相互作用,掺杂后Ti 2p的结合能朝着低能级方向移动。由红外光谱分析,水热制备的纳米TiO2表面均富含水合羟基。掺杂后的纳米TiO2的光催化活性有了明显的提高,对比三种掺杂元素的光催化活性得出钴元素掺杂的纳米TiO2具有最高光催化活性。以钴掺杂纳米TiO2为研究对象,研究了最佳水热反应条件为:温度为200℃,pH=9,反应时间为10h,掺杂量为0.5%。讨论了影响光催化反应因素灯源、溶液pH、催化剂用量和催化剂稳定性,发现溶液pH对光催化反应具有很重要的影响。最后在紫外灯箱中,通过武汉科斯特CS电化学工作站,采用压片法制备阳极,组合成以光催化剂为阳极,石墨片为阴极的光电催化罗丹明的装置,以1.5V的恒电位进行光电降解90min,研究了不同物质的量比的Co-TiO2的光电催化活性。通过光电催化反应发现,样品0.5%Co-TiO2的降解率最高,为77.25%,比相同条件下无催化剂的降解率高38.74%,比pure-TiO2的降解率高12.53%,比不外加电压样品0.5%Co-TiO2的降解率高17.06%。研究结果表明,压片法制备催化剂阳极的方法可较大提高光催化降解效率,具有很好的发展前景。