过渡金属掺杂二氧化钛光催化剂的制备及光催化性能研究

摘要

因为水资源污染问题日益严重，废水的降解处理技术逐渐得到了人们的广泛关注。半导体光催化技术应运而生。它廉价，而且是环境友好的技术，应用前景十分诱人。半导体光催化剂众多，二氧化钛因为其具有较好的光催化性能、稳定性高、无毒，从而倍受人们的亲睐。但是，它带隙能宽，需要能量大，主要吸收紫外光，对太阳光的利用率较低；而且粉体的比表面积小，不宜回收。本文针对TiO2光催化剂存在的缺点开展研究，制备出了Zn2+、V5+掺杂TiO2纳米粉体和纳米管以及CdS半导体复合TiO2纳米管，研究了它们的光催化性质。主要研究内容如下：
　　1.以金属硝酸盐和钛酸四丁酯为原料，采用溶胶-凝胶法制备出了Zn2+、V5+掺杂的TiO2粉体，采用XRD、UV-vis、SEM等技术对催化剂进行了分析、表征，以罗丹明B为目标降解物，对其光催化活性进行了评价。结果表明Zn2+、V5+的掺入促进了TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变，增强了TiO2对紫外光的吸收能力，拓宽了光谱吸收范围，提高了TiO2对太阳光的利用效率。
　　2.以Co2+、V5+掺杂TiO2粉体为前驱物，采用水热法制备Co2+、V5+掺杂Na2Ti3O7纳米管，研究了水热时间和水热温度对样品形貌的影响。采用XRD、TEM、SEM、UV-vis等技术对催化剂进行了分析、表征。以罗丹明B为目标降解物，对其光催化活性进行了评价。研究结果表明，通过对Na2Ti3O7纳米管进行Co2+、V5+等金属掺杂，可以明显提高Na2Ti3O7纳米管紫外和可见光下条件下的光催化性能。
　　3.用离子交换法制备CdS复合的。Fe3+、V5+掺杂TiO2纳米管。采用XRD、SEM、TEM、UV-vis等手段对催化剂进行分析、表征，以罗丹明B为目标降解物，对光催化活性进行了评价。结果表明，将半导体CdS与TiO2进行复合，可以明显拓宽催化剂的光谱吸收范围，显著提高TiO2纳米管在可见光条件下的光催化性能。