以偏钛酸浆料制备氮掺杂纳米二氧化钛及其可见光催化性能研究

【摘要】自从日本科学家Fujishima和Honda首次在Nature杂志上发表了半导体二氧化钛单晶电极具有将水光催化分解制氢的功能,二氧化钛光催化剂就成为各学者研发的对象。但纯的TiO2效率较低,掺杂改性是提高TiO2光催化活性的重要手段,而氮的掺杂是热点之一目前制备氮掺杂二氧化钛的方法由于制备过程复杂,都难以实现氮掺杂二氧化钛的工业化生产；现有文献报道的改性二氧化钛大多以钛醇盐为原料,价格昂贵,且有机原料在生产中存在易燃等安全隐患等问题。另外,虽然有一些改性二氧化钛已经达到了很高的光催化降解能力,但是适用性仅仅停留在实验室阶段,很难实际运用到工业中。因此,寻找简单易行而又适合大规模生产的氮掺杂纳米二氧化钛的制备方法具有重要意义。(1)本文在此背景下选择以廉价易得的工业偏钛酸浆料为原料,以结构简单,低毒甚至无毒的尿素为氮源,采用混合煅烧的简易方法来制备制备氮掺杂纳米TiO2。(2)以亚甲基蓝为目标污染物,评价了可见光下该催化剂的催化还原活性。当偏钛酸与尿素质量比为1：3,煅烧温度为400℃(即TiO2-3N-400°C),催化剂活性最高。500w的长弧氙灯照射4小时,对亚甲基蓝降解率达到93.9%。(3)用傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、荧光光谱和紫外-可见光漫反射吸收光谱(UV-Vis/DRS)等对催化剂进行了表征。TEM,XRD结果表明：掺杂样品中出现锐钛矿相,样品的晶粒尺寸随煅挠温度的升高呈现抛物线型先减小后增大,在400℃时最小；XPS,FT-IR显示：N元素成功掺入二氧化钛晶格并部分取代O的位置。样品吸收光谱相对于纯TiO2发生明显红移,PL强度比纯TiO2弱,,说明N的掺杂能提高二氧化钛可见光活性,促进电子-空穴的分离,降低光生载流子的复合。
【作者】黎经纬；
【导师】傅敏；
【作者基本信息】重庆工商大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】光催化；偏钛酸；尿素；二氧化钛；氮掺杂；

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