钴离子掺杂二氧化钛纳米管的制备及光催化性研究

摘要

本文以钛酸丁酯为前驱体，通过溶胶-凝胶法制备了未掺杂和钴离子及铁、镍离子掺杂的二氧化钛纳米粉体。以此为原料，通过水热法制备了一系列的二氧化钛纳米管。用扫描电镜、透射电镜、粉末X射线衍射、能谱等手段对产物进行表征和分析，并在紫外光-罗丹明B溶液体系中研究其光催化性能。 研究表明：所制得的不同晶型的二氧化钛纳米管，均为开口、中空管，管径均在35nm左右，管长均在200~1000nm之间。随着作为原料的纳米粉体热处理温度升高，纳米管之间的团聚现象减少，分散性越来越好。 水热法制备的二氧化钛纳米管与原始粉体相比，晶型未发生改变。镍离子的掺杂，使得二氧化钛纳米管晶型转变的温度升高。 二氧化钛纳米管的光催化性优于原始纳米粉体。通过对钴离子掺杂的二氧化钛纳米管研究，发现钴离子的掺杂存在一个最佳掺杂量。高于或低于最佳掺杂量，光催化效率均下降。随着罗丹明B初始浓度的提高，纳米管对其光催化降解效率下降，且在体系中纳米管的加入量存在一个最佳值。 钴离子掺杂的二氧化钛纳米管光催化降解罗丹明B反应为一级反应，反应速率常数由钴离子的掺杂量决定，与罗丹明B的初始浓度和纳米管的加入量无关。铁、镍离子掺杂的二氧化钛纳米管的光催化降解罗丹明B反应亦为一级反应。 铁系过渡金属离子掺杂的二氧化钛纳米管，光催化效率优于相同条件下制备的未掺杂二氧化钛纳米管。光催化效率由大到小排列顺序：Co2+>Fe3+>Ni2+>纯。