La、Fe掺杂对TiO光催化剂的结构和性能影响研究

摘要

二氧化钛（TiO2），作为一种n型半导体，可用作光催化剂，但TiO2光催化剂有光生电子和光生空穴复合几率高，只能被紫外光激发等缺点。为了提高TiO2的光催化性能，离子掺杂是一种有效的改进措施。本课题采用溶胶-凝胶法制备了La、Fe掺杂和La/Fe共掺杂的TiO2光催化剂。利用XRD、SEM、UV-Vis DRS、XPS等测试手段研究了La、Fe和La/Fe共掺杂对TiO2光催化剂晶体结构、光吸收性能、元素组成的影响，并通过光催化降解亚甲基蓝表征了TiO2改性后的光催化性能。探讨了不同掺杂浓度、不同煅烧温度对TiO2光催化剂结构和性能的影响。
　　 研究结果表明：在La掺杂的TiO2光催化剂中，La主要以La2O3存在于TiO2晶体表面，具有细化晶粒、阻碍了TiO2的锐钛矿晶型向金红石晶型转变，提高了相转变的温度。当La的掺杂浓度为0.5at％浓度时，TiO2的光催化性能得以改善，且以500℃煅烧时光催化活性最高。在氙灯照射下，3小时对亚甲基蓝的降解率达到37.9％。随着La掺杂浓度提高，光催化活性降低。
　　 在Fe掺杂TiO2中，Fe掺杂能降低TiO2的禁带能隙，使得TiO2光吸收波长向可见光区域红移。当Fe掺杂0.5at％浓度时，TiO2的光催化性能得以改善，且以450℃煅烧的Fe掺杂TiO2光催化活性最高，在氙灯照射下，3小时对亚甲基蓝的降解率达到56.4％。随着Fe掺杂浓度提高，光催化活性降低。
　　 0.5at％La/0.5at％Fe共掺杂改善了TiO2光催化剂的光催化活性，且以600℃煅烧的La/Fe共掺杂TiO2光催化活性最高，氙灯照射下，3小时对亚甲基蓝的降解率达到84.6％。