掺铈二氧化钛纳米管的制备与光催化活性研究最终版

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1、掺铈二氧化钛纳米管的制备及其光催化活性研究摘要：采用水热法制备钛酸纳米管，水热条件为130℃水热处理24h；再利用浸渍法制备掺铈TiO2纳米管。通过热分析仪、透射电镜仪、紫外-可见反光光度计、红外光谱仪、扫描电子显微镜和X射线衍射仪等对其进行表征；并以有机磷农药草甘膦作为降解物，研究TiO2纳米管和掺铈TiO2纳米管的光催化性能。结果表明，掺杂适量稀土元素铈提高了TiO2纳米管对草甘膦的降解率，即提高了TiO2纳米管的光催化性能；并且铈掺杂量和煅烧温度存在一个最佳值，当铈掺杂量为0.15%，煅烧温度为400℃时，Ce-TiO2纳米管的光催化性能最好，125W高压汞灯照射1h后，对草甘膦的降解

2、率达到75%。关键词：铈掺杂；TiO2纳米管；草甘膦；光催化中图分类号：O643.32文献标识码：AStudyonPreparationandPhotocatalyticActivityofTitaniaNanotubesDopedwithCeriumXUEWei-liang,ZHANGGuo-wen,XUXiong-fa,XUYue-hua(InstituteofBiomaterial,CollegeofScience,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China)Abstract:Titanicacidnanotubeswe

3、resynthesizedbyhydrothermaltreatmentofrutile-phaseTiO2nanoparticlesinl0mol∙L−1NaOHsolutionat130℃for24h.Ceriumdopedtitaniananotubes(Ce-TiO2nanotubes)wereobtainedbyimpregnationmethod,andcharacterizedbydifferentialthermalanalysis-thermogravimetryanalysis(DTA-TG),transmissionelectronmicroscopy(TEM),dif

4、fusereflectancespectroscopy13(DRS),flouriertransferinfraredspectroscopy(FI-IR),energydispersivespectrometer(EDS),andX-raydiffraction(XRD).ThephotocatalyticactivityofCe-TiO2nanotubeswereinvestigatedbythedegradationofglyphosate.Theresultsshowthatappropriatecerium-dopedcontentcaneffectivelyenhancethep

5、hotocatalyticactivityofTiO2nanotubes.ThephotocatalyticactivityofCe-TiO2nanotubeswasbest,whenthecerium-dopedcontentwas0.15%andtheheattreatmenttemperaturewas400℃.Thedegradationrateofglyphosatewasabout75%after1hundertheirradiationofthe125Whigh-pressuremercurylamp.Keywords:cerium-doped;titaniananotubes

6、;glyphosate;photocatalytic目前已证实，纳米二氧化钛光催化在废水处理、空气净化、杀菌等领域里具有潜在的或现实的应用价值[1]，因此纳米TiO2光催化性能的研究及其实用性开发已成为当前各国研究者密切关注的热点。因为禁带宽约3.2eV的TiO2激发产生电子-空穴对需用（近）紫外光照射，其电荷载流子复合速率很快，一般发生在皮秒和纳秒的时间尺度范围内，因此，有待进一步提高其光催化活性以及对可见光的利用率[2]。目前，提高纳米TiO2光催化性能主要采用过渡金属掺杂、稀土元素掺杂、贵金属沉积、复合半导体、有机染料光敏化等方法。研究报道最多的是掺杂改性TiO2[3]，其中有不少是关

7、于掺杂稀土元素改性TiO2纳米粉末的报道[4]。TiO2纳米管是TiO2的一种存在形式，由于纳米管比纳米粉体和纳米膜具有更大的比表面，因而具有较高的吸附能力，可望提高TiO2光电转换效率和光催化性能，特别是如果能对TiO2纳米管掺杂改性成复合纳米材料，那将会大大改善TiO2的光电及催化性能。目前TiO2纳米管的研究侧重在其制备和纯TiO2纳米管光催化性能研究上[5]，13比较少见到关于掺杂稀土元素TiO2纳米