稀土光催化.ppt

稀土共掺杂纳米TiO2催化剂 姓名：薛小双 专业：化学工程 目录 1.前言 2.双稀土的共掺杂 3.金属与稀土的共掺杂 4.非金属与稀土的共掺杂 5.结论 前言 在众多纳米半导体光催化剂中， TiO2由于其优异的化学性质，已成为当前应用最广泛的光催化剂。如何充分利用我国丰富的钛和稀土资源，研发具有优良光催化活性的TiO2及其稀土掺杂改性催化剂，是催化科学和环境科学领域中值得研究的课题。 TiO2作为一种好的光催化材料，还存在一些缺陷，主要表现在：(1)带隙较(3．2eV)，只能被波长较短(2387．5 nm)的紫外光激发，在可见光范围没有响应，对太阳光利用率低(约3％--5％16)；(2)光生电子与空穴的复合率高，光量子效率很低。为克服这两个缺点，人们对Ti02开始进行改性，其中半导体的掺杂得到广泛应用。 以往的研究均是对Ti02进行单一元素的掺杂。 最近几年研究发现，对Ti02进行两种元素共掺杂，得到的光催化剂具有比单一元素掺杂更高的光催化性能。 双稀土的共掺杂 对于双稀土共掺杂的研究，有人采用溶胶一凝胶法制备了La3+一Ce4+和Fe3+一Ce4+共掺杂Ti02光催化剂，并以水溶液中罗丹明 B的降解率考察其光催化性能。研究表明，La3+一Ce4+共掺杂Ti02的光催化效果，不仅优于未掺杂及La3+单掺杂Ti02，也优于Fe3+一Ce4+共掺杂的Ti02。 分析认为：La3+和Ce4+的协同作用，大幅度提高了光生电子和空穴的俘获，加速了电子和空穴向界面的迁移速率，从而提高了光催化性能，与Fe3+掺杂比较，La3+的掺杂对电子俘获率较低，因此相对于Fe3+和Ce4+共掺杂的Ti02，La3+和Ce4+共掺杂Ti02具有更高的电子一空穴分离效率，因而具有更高的光催化性能。 金属与稀土的共掺杂 金属与稀土的共掺杂，采用金属铁的研究较多，一般认为金属铁在体系中充当空穴的捕获陷阱，稀土充当电子的捕获陷阱，促进了光生电子一空穴对的分离，两者的协同作用，使得共掺杂Ti02的光催化性能提高。 有人采用溶胶一凝胶法，制备了Fe3+一Ce4+共掺杂Ti02光催化剂，并以水溶液中罗丹明B的降解，考察其光催化性能。结果表明，共掺杂光催化剂降解能力不仅远远大于未掺杂的Ti02，也大于Fe3+、 Ce4+单掺杂体系。 分析认为：对于Ti02，Fe3+的掺杂增加了空穴浓度，有利于光生空穴向界面转移速率加快； Ce4+的掺杂有助于束缚态电子的激发，增加了导带电子的浓度，有利于导带电子向界面迁移速率加快。 当Fe3+、C矿共掺杂以后，由于电子和空穴向界面的迁移速率都加快，而且光生电子和空穴向表面迁移过程的更加有序化，降低了光生电子和空穴的复合，更有利于提高电子和空穴的分离效率，共同作用的结果导致光催化反应的速率加快。 非金属与稀土的共掺杂 用浸渍溶胶-凝胶法沸石负载的N、Ce共掺杂TiO2，以亚甲基蓝为目标降解物。相同的反应体系条件下，比较N/Ce/TiO2-沸石、N/TiO2-沸石、Ce/TiO2-沸石、TiO2-沸石、纯沸石5种不同催化剂对亚甲基蓝的光催化降解的活性． 由图 中可知，共掺杂光催化剂N/Ce/TiO2-沸石光催化剂对亚甲基蓝的光催化活性最好，N、Ce 共掺杂可以使导带向低能端移动，价带向高能端移动，同时Ce-4f 轨道进入导带底，从而使禁带宽度进一步变小，能提高TiO2 对可见光的响应，从而调高其光催化率，所以N/Ce/TiO2 的光催化降解效果最好． 结论 随着人们对环境和能源问题的目益关注，Ti02光催化技术凭借其节能高效、安全无毒等特性，越来越受到关注。多数研究表明，双元素的共掺杂能够进一步提高Ti02的光催化性能，大大推进了Ti02光催化剂的应用前景。 * * *