自组装制备碘离子掺杂二氧化钛薄膜及光催化活性研究

摘要

目前使用的催化剂中，TiO2具有：①良好化学稳定性，②较高的光催化活性，③无毒和④耐光化学腐蚀的特点，备受青睐，采用多种方法对二氧化钛进行掺杂改性，进而提高其降解有机物的催化活性，是当前环境材料研究的热门课题之一。
　　 本文研究了低温液相系统中，以石英玻璃片为基底，采用自组装单层膜(SAMs)，以碘酸钾为掺杂剂制备出碘离子掺杂二氧化钛薄膜。并以甲基橙水溶液作为目标物，考察了不同的实验条件下，碘离子掺杂二氧化钛薄膜的光催化活性影响主要因素。论文的主要研究进展如下：
　　 1)在室温、pH为2.0的条件下，水浴处理4小时，得到-SH为外侧功能团的SAMs，通过自组装方法制备了碘离子掺杂二氧化钛薄膜。
　　 2)采用多种分析方法进行表征。透射电镜对该薄膜进行了物相及晶粒结构的分析。表明碘离子掺杂二氧化钛薄膜由颗粒状纳米晶相组成，粒径为5.10nm，并且具有良好的结晶效果。拉曼光谱分析进一步表明薄膜主要为金红石和锐钛矿混合型，荧光发射光谱观察碘离子掺杂二氧化钛对可见光也有较明显的响应，在450nm-500nm处有很强的荧光发射峰。
　　 3)以甲基橙水溶液为目标物，研究了碘离子掺杂二氧化钛薄膜的活性与光源能量、有无加入H2O2、目标物浓度、掺杂比例等因素的影响关系。结果表明，碘离子掺杂TiO2的光催化活性均有提高；碘离子含量为2mol/L时效果最好。
　　 4)在紫外光照射3h和可见光照射5h，甲基橙的降解率分别达到99.5％和98％。在可见光照下，添加H2O2催化剂光催化效果1h的脱色率到达98％，较之未添加H2O2的样品脱色率提到了57％。
　　 5)在可见光条件下，碘离子掺杂二氧化钛薄膜经2次重复利用后，对甲基橙水溶液的降解率从99.5％降为50％。碘离子掺杂二氧化钛薄膜的光催化效果好，但是重复利用率低，尚需要深入研究。失活后再生的方法有在蒸馏水中超声处理20min和在0.1mol，/LH2O2中超声处理5小时，脱色率分别提高了14.2％和30.6％。