过渡金属掺杂二氧化钛光催化性能的研究.pdfVIP

维普资讯 第23卷第2期 感光科 学与光 化 学 生兰 Phot~raphicScienceandP V01．23No．2 Mar．．2005 过渡金属掺杂二氧化钛光催化性能的研究 吴树新一，马 智，秦永宁，贾立山，黎洪瑞 (1．天津大学化工学院，天津300072；2．第七一八研究所，河北邯郸056027； 3．唐山师范学院新型催化技术研究所，河北唐山063000) 摘 要：采用浸溃法制备了过渡金属掺杂的光催化剂MOx／TiOe(M=Cr、Mn、 Fe、Co、Ni、Cu)．以乙酸的光催化氧化降解反应为探针，研究了催化剂的光催化 性能．研究结果表明，经过渡金属掺杂改性的二氧化钛，光催化性能都有所提 高．掺杂量有一个最佳值，在最佳掺杂量时，催化剂光催化性能的提高程度与对 应金属氧化物的生成焓有很好的一致性，还发现光催化性能与过渡金属离子稳 定氧化态的电子亲和势与离子半径的比值间呈现火山型关系曲线． 关键词：光催化；乙酸；过渡金属氧化物；掺杂；二氧化钛 文章编号：1000—3231(2005)02—0094—08 中图分类号：064 文献标识码：A 纳米级二氧化钛具有合适的禁带宽度，较大的比表面积，较高的光化学稳定性，较强 的氧化还原性及无毒、成本低等优点，被广泛用于光催化反应[1]及光电催化[．3；但从其 光催化效率看，还存在半导体载流子复合率高等缺点_4J．为提高光催化效率，必须有效抑 制光生载流子的复合，为此人们采用了多种手段对纳米二氧化钛进行改性[5-7]，其中过渡 金属离子掺杂被认为是一种有效手段，但人们对掺杂改性的机理还未达成共识，有必要 对其做进一步研究．乙酸是各种有机物降解过程中产生的稳定中间物，进一步矿化比较 困难，同时，乙酸也是各种微生物主要代谢物．所以，将改性二氧化钛用于乙酸水溶液的 降解研究，对于实现各种有机物废水的完全矿化及光催化与其它污水处理方法配合使用 等方面具有很重要的意义．本文以过渡金属掺杂改性二氧化钛为催化剂，以乙酸水溶液 的光催化降解反应为探针，对MOx／TiOe(M=Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu)系列催化剂的光催 化性能进行了研究．讨论了光催化活性与掺杂组分的氧化物生成焓及过渡金属离子特性 之间的关系，找到了一定的规律． 1实验部分 收稿日期：2004．10．19：修回日期：2004．11．29． 作者简介：秦永宁(1936．)，男，教授，博士生导师，主要从事环境催化和纳米材料的研究 94 维普资讯 第2期 吴树新等：过渡金属掺杂二氧化钛光催化性能的研究 95 1．1催化剂制备 以四氯化钛(化学纯)为原料，冰水浴条件下将其溶于蒸馏水，置于薄壁烧杯中，在 100kHz的超声辐照条件下水解40min，辐照过程中维持超声介质水温度在20℃一 25℃．然后用浓氨水中和至pH为6—7，陈化10h，抽滤至无Cl一(硝酸银检验)，100℃ 烘干，得基体二氧化钛． 浸渍法掺杂催化剂记为M ／Tio2：称取一定量超声水解法制备的经100℃烘干后 的二氧化钛，超声分散于含一定量的过渡金属离子硝酸盐溶液中，超声时间为15min，得 到M i的摩尔比为0．0008、0．002、0．003、0．005、0．008．80℃烘干，450℃焙烧2h． 水解共沉淀法掺杂得到的催化剂记为MO一Tio2：量取含一定量金属离子的硝酸盐 溶液，在薄壁烧杯中溶于一定量的0℃去离子水，冰水浴条件下将所需量的四氯化钛溶 于蒸馏水，在100kHZ的超声辐照条件下水解40min，辐照过程中维持超声介质水温度 在20℃一25℃．然后用浓氨水中和至pH为6—7，陈化10h，抽滤至无Cl一(硝酸银检 验)，100℃烘干，最后在450℃焙烧2h． 1．2 样品表征 采用日本理学D／MAX一2038型X射线衍射仪分析催化剂物相结构，辐