掺杂氧化钛纳米线阵列制备工艺优化及其可见光催化性能

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1、中文摘要本文首先在不影响所制备氧化钛fri02)纳米线可见光催化活性的基础上，对多孔氧化铝(PAA)模板的制备工艺和溶胶．电泳工艺进行了优化；然后系统研究了Ti02纳米线金属离子共掺杂、半导体掺杂以及半导体与金属离子共掺杂对Ti02可见光催化性能的影响；最后针对目前制备Ti02纳米线所采用溶胶是以钛酸丁酯为原料制备的有机体系，成本高且溶胶本身没有可见光催化性能等问题，采用了无机盐硫酸氧钛为原料制备了回流溶胶限S)。并以RS溶胶为前驱体，采用溶胶．电泳沉积技术制备成Ti02纳米线，研究了其可见光催化性能及机理。一次阳极氧化lh，二次氧化4h，

2、扩孔45min制备的模板，与传统工艺制备的模板孔径和孔深基本相同，所制备的Ti02纳米线的形貌、可见光催化活性基本相近。溶胶．电泳沉积时间控制在2．0min-2．5min之间时，既能保证模板孔洞中生成的纳米线足够长，又能保证模板表面不会形成Ti02薄膜，从而在保证较高，!比效率的同时避免了控制难度较大的打磨工艺。与单掺杂相比，金属离子共掺杂TiO：纳米线具有更高的可见光催化性能，吸收波长进一步红移，禁带宽度进一步减小。不同掺杂离子的协同作用提高了Ti02对光的利用率以及光量子效率，但不同的两种掺杂离子表现出的协同作用不同。InV04与Ti0

3、2两种半导体复合造成能级交错，实现载流子的有效分离，因而大幅度提高了Ti02的可见光催化活性。而InV04与金属离子共掺杂虽然使Ti02的吸收波长进一步红移，但并没有进一步提高其可见光催化活性。以硫酸氧钛为原料制备的RS溶胶颜色为淡黄色，透明，流动性好，酸碱度为中性，稳定性良好。RS溶胶低温制备的Ti02薄膜表面颗粒结晶度较好，晶粒呈棒状，长30,．,-50nm，长径比为2，从XRD衍射图可以看出，晶粒晶相为锐钛矿相。RS溶胶制备Ti02纳米线最佳电泳电压为5V。未掺杂Ti02纳米线具有较高的可见光催化活性，可见光照射12h，对甲基橙的降解

4、率达到81．4％，这与其表面过氧钛酸络合物的可见光敏化作用有关。掺杂后纳米线的吸收波长进一步红移，可见光催化活性进一步提高。关键词：溶胶一电泳模板法；工艺优化；氧化钛纳米线阵列；共掺杂；可见光催化活性；回流溶胶ABSTRACTInthispaper，thepreparationprocessofporousanodicalumina(PAA)templateandsol—electrophoresisprocesswereoptimizedontheprinciplethatthevisible—lightphotocatalyticact

5、ivityoftitania(Ti02)nanowirearraysdidn’tdecline．11leeffectsofmetalionCO—doping，semiconductordoping,semiconductorandmetalionCO-dopingOilthephotocatalyticactivityofTi02nanowirearraysweresystematicallystudied．AccordingtothecurrentproblemssuchasthesolweusetoprepareTi02nanowire

6、swassynthesizedbyte仃abutyltitanatecostlyandthesolitselfhasnovisible—lightphotocatalyticactivity，theinexpensivematerialinorganictitanylsulfate(TiOSOg)wasusedasrawmaterialtosynthesizerefluxedsolfRS)．TheRSsolwasthenusedtoprepareTi02nanowirearraysbysol-electrophoresismethod．Th

7、ephotocatalyticactivityoftheas-preparedTi02nanowirearrayswassubsequentlystudied．TheporesizeofthePAAtemplatepreparedrespectivelybytheformerprocessandthenewprocess(anodizationprocessI：lh，anodizationprocessⅡ：4h,poreenlargingprocess：45min)wasidentical．Themorphologyandvisible—l

8、ightphotocatalyticactivityofthenanowirearraysaresimilartoo．Whenthes01．electrophoresistime