新型復(fù)合氧化物光催化劑的制備與表征.pdf

1、近年來，隨著環(huán)境污染的加重，環(huán)境污染的治理尤其是環(huán)境中有機(jī)污染物的治理成為當(dāng)今世界關(guān)注的熱點(diǎn)問題。作為新興的技術(shù)一光催化在治理有機(jī)污染物方面的應(yīng)用日益受到人們的重視。人們希望找到電荷分離效率高，光響應(yīng)范圍較寬，能充分吸收利用太陽光且光催化效率較高的光催化劑。本文從影響能帶結(jié)構(gòu)和電子.空穴復(fù)合率的關(guān)鍵因素入手，利用各種控制方法和新的合成路線制備出一系列新型復(fù)合材料，對(duì)其形成機(jī)理及影響因素、微結(jié)構(gòu)特征、光吸收性質(zhì)、光催化特性等進(jìn)行了系統(tǒng)研究

2、，取得了一些有重要意義的結(jié)果。 1)以d區(qū)元素氧化物TiO2為考察對(duì)象，通過溶膠-凝膠和水熱合成制備了摻雜氮原子以及x(M)=0.005(M=Fe3+，Cu2+，V5+，Pd2+)TiO2復(fù)合體系；研究了摻雜不同離子對(duì)TiO2納米粉體的結(jié)構(gòu)、吸光性能以及晶粒粒度等性質(zhì)的影響；探討了單一摻雜和復(fù)合摻雜對(duì)TiO2納米粉體的光催化性能及其光解機(jī)制的影響。測(cè)試了樣品對(duì)室內(nèi)污染物之一的甲醛氣體降解的光催化活性，得到不同樣品在可見光下的光

3、降解活性依次為：Cu-TiO2/N>Fe-TiO2/N>V-TiO2/N>Pd-TiO2/N>TiO2/N。Cu-TiO2/N樣品較高的熒光強(qiáng)度和較大的比表面積，導(dǎo)致了其較高的可見光光解活性。以p區(qū)元素氧化物Bi2O3為考察對(duì)象，通過化學(xué)沉淀法，以十二烷基苯磺酸鈉為修飾劑，制備了摻雜不同金屬離子(V3+，Pb2+，Ag+，Co2+)的Bi2O3粉體。探討了不同金屬離子的摻雜對(duì)Bi2O3粉體的表面形貌和吸光性能的影響；以玫瑰紅的光催化氧化

4、為探針反應(yīng)，考察了不同金屬離子的摻雜對(duì)樣品的光催化活性的影響，樣品活性次序依次為：Bi203(v5+)>Bi2O3(Pb2+)>Bi2O3(Ag+)>Bi2O3(Co2+)。光催化活性的差別可歸因于摻雜離子的半徑，樣品的表面形貌及吸光性能等因素。上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，半導(dǎo)體氧化物經(jīng)適量雜化改性后可得到吸收光譜明顯紅移的新化合物，從而發(fā)展成為一種新型的光催化體系。一方面制備了可見光響應(yīng)的光催化劑；另一方面光催化降解了模擬的室內(nèi)空氣有機(jī)污染物

5、和低濃度偶氮染料廢水，為治理環(huán)境中有機(jī)污染物提供理論基礎(chǔ)和活性依據(jù)。 2)基于多酸與TiO2結(jié)構(gòu)的相似性以及多酸組成與其吸收光譜的可調(diào)變性，通過自組裝合成方法分別制備了SiW10Fe2的季胺鹽、鈷鎢酸(CoⅡW12)/SiO2復(fù)合催化劑，并與H2O2組成類Fenton體系。以偶氮染料(甲基橙、橙黃II)為模型反應(yīng)物，探討染料降解的起始濃度、過氧化氫濃度、pH不同等因素對(duì)光脫色速率的影響。結(jié)果表明，上述復(fù)合體系皆得到了比Fent

6、on.體系較寬的pH值應(yīng)用范圍，同時(shí)通過對(duì)多酸組成的改變(調(diào)換雜原子和配原子)，有效地調(diào)節(jié)了多酸的光譜性質(zhì)，得到了具有可見光響應(yīng)的光催化材料。 3)多元復(fù)合金屬氧化物因其晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)的多樣性，有可能同時(shí)具備響應(yīng)可見光激發(fā)的能帶結(jié)構(gòu)和高的光生載流子移動(dòng)性，是一種潛在的高效光催化材料。文中探討了鈣鈦礦型化合物BiFeO3的光催化性能，考察了形貌與吸光性能的關(guān)系，以及形貌對(duì)其光解活性的影響。結(jié)果表明，H2O2存在的條件下，不同

7、形貌的BiFeO3片狀催化劑顯示出了光降解橙黃II的活性，并且其活性與表面形貌相關(guān)。通過微波合成這種環(huán)境友好的合成路線，以水為反應(yīng)介質(zhì)，納米級(jí)碳黑為模板，尿素為沉淀劑，利用聚乙烯醇大分子鏈的空間位阻效應(yīng)和高分子網(wǎng)絡(luò)的隔阻作用，均相沉淀法合成出YFeO3前驅(qū)體。純相YFeO3的吸收閾值為580 nm，紫外和可見光輻照下YFeO3光解橙黃II的活性表明，YFeO3在可見光輻照下得到了優(yōu)于TiO2的光催化降解活性?？紤]到Y(jié)FeO3的半導(dǎo)體性質(zhì)

8、，通過物理混合制備了p-YFeO3/n-TiO2復(fù)合材料，以橙黃II的光催化降解來評(píng)價(jià)該納米復(fù)合材料的光催化活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合體系的光催化活性與組分含量和焙燒溫度相關(guān)，實(shí)驗(yàn)中得到的理想的復(fù)合材料是為600℃焙燒下，(TiO2)=0.90的YFeO3-TiO2。由于在二氧化鈦基體中摻入YFeO3納米粒子，既可以促進(jìn)光生載流子的電荷分離，又可以使二氧化鈦的光響應(yīng)波長(zhǎng)向可見光區(qū)域拓展，提高了太陽能利用率。光催化活性的提高可歸因于P-YF