Yb,N共掺杂TiO_2光催化剂的制备及可见光下降解亚甲基蓝的研究

作者:张瑾;徐刘君;朱忠其;柳清菊 刊名:功能材料 上传者:李攀

【摘要】采用微波辅助溶胶-凝胶法制备了Yb,N共掺杂的纳米(Yb,N)-TiO2光催化剂,通过XRD、XPS、UV-Vis-DRS、PL等对(Yb,N)-TiO2样品进行了表征和分析,并以亚甲基蓝(MB)作为目标降解物,考察了不同Yb掺杂浓度的(Yb,N)-TiO2对MB的光催化降解效果。结果表明,Yb和N的掺入减小了TiO2的禁带宽度,降低了光生电子-空穴对的复合,使其吸收光谱的阈值波长红移至可见光区,提高了TiO2的光催化活性。当p H值=1.5、m(H2NCONH2)=10 g、热处理温度为650℃、n(Yb)∶n(Ti)=0.005时,(Yb,N)-TiO2粉体在普通日光灯下对亚甲基蓝在5 h内的光催化降解效率达93.55%,明显高于同等条件下P25的降解率45.72%。

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文章编号:1001G9731(2015)04G04118G05 Yb,N共掺杂TiO2光催化剂的制备及可见光下 降解亚甲基蓝的研究∗ 张 瑾,徐刘君,朱忠其,柳清菊(云南大学 云南省微纳材料与技术重点实验室,昆明650091) 摘 要: 采用微波辅助溶胶G凝胶法制备了Yb,N共 掺杂的纳米(Yb,N)GTiO2光催化剂,通过XRD、XPS、 UVGVisGDRS、PL等对(Yb,N)GTiO2样品进行了表征 和分析,并以亚甲基蓝(MB)作为目标降解物,考察了 不同Yb掺杂浓度的(Yb,N)GTiO2对 MB的光催化降 解效果.结果表明,Yb和N的掺入减小了TiO2的禁 带宽度,降低了光生电子G空穴对的复合,使其吸收光 谱的阈值波长红移至可见光区,提高了TiO2的光催化 活性.当pH值=1.5、 m (H2NCONH2)=10g、热处 理温度为650℃、 n (Yb)∶ n (Ti)=0.005时,(Yb,N)G TiO2 粉体在普通日光灯下对亚甲基蓝在5h内的光 催化降解效率达93.55%,明显高于同等条件下P25的 降解率45.72%. 关键词: Yb、N共掺杂;纳米TiO2;光催化 中图分类号: O643;O644 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1001G9731.2015.04.023 1 引 言 能源危机及环境日益恶化是人类社会目前面临的急需解决的关键问题.锐钛矿TiO2半导体功能材料 由于具有独特的光电效应[1]、基于光电效应的光催化 效应[2]、光诱导超亲水性[3]及抗菌性能[4]等多方面的 优异特性,以及物理化学性能稳定、耐光腐蚀能力强、 价格相对低廉、环境友好及对人体无毒等特点,在太阳 能转换[5]、光解水制氢[6]、环境污染治理[7]等领域具有 重要的应用潜力.然而,由于TiO2的禁带宽度较宽 (3.2eV),只能被波长<388nm的紫外光激发而发生 电子跃迁,而紫外光仅占辐射到地面的太阳光能量的 4%左右,因此对太阳光的利用率很低,且TiO2在光照 下产生的光生电子G空穴对极易复合,使其光量子效率 降低.上述两方面的问题严重制约了TiO2光催化剂 的应用,因此研制开发具有可见光响应的TiO2产品, 降低光生电子G空穴对的复合率成为TiO2光催化剂的 研究重点. 近年来,各国科技工作者采用了不同的方法来提 高TiO2的光催化活性,如:离子掺杂[8G13]、氧化物复 合[14]、贵金属沉积[15]、光敏化[16G17]等.其中,离子掺杂 被认为是一种有效的改性方法.稀土金属离子由于具 有未填满的4f轨道,电子组态较为丰富,4f电子可在 这些不同能级之间发生跃迁,产生从红外至紫外光区 的吸收和发射[18]等,将稀土离子作为掺杂元素可在 TiO2晶格中引入杂质能级,减小TiO2的禁带宽度以及 光生电子G空穴对的复合,提高 TiO2的光催化性能. 非金属离子,如:N[19]、C[20]、S[21]、P[22]等,由于具有能 量相对较高的p轨道,因此作为掺杂元素可以部分取 代TiO2中的晶格O原子,减小TiO2的禁带宽度,使其 光吸收向可见光方向移动.本文采用微波辅助溶胶G 凝胶法制备了(Yb,N)GTiO2光催化剂,通过 XRD、 XPS、UVGVisGDRS及PL分析,研究了Yb,N共掺杂 对TiO2结构及光催化性能的影响. 2 实 验 2.1 (Yb,N)GTiO2光催化剂的制备 在60℃水浴加热条件下,将一定量的钛酸丁酯缓 慢滴入剧烈搅拌中的蒸馏水和自制水解抑制剂的混合液中形成溶液A;称取一定量的Yb(NO

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