tio2掺杂ce和la离子薄膜的微结构与光催化性能

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1、万方数据58材料工程／2010年1期Ti02掺杂Ce和La离子薄膜的微结构与光催化性能MicrostructuralandPhotocatalysisPropertiesofTi02ThinFilmswithCe-dopingandLa—doping钱天才1，牟雷2，周烈兴2(1昆明理工大学分析测试研究中心，昆明650093；2昆明理工大学材料与冶金工程学院，昆明650093)QIANTian—cail，MOULei2，ZHOULie-xin92(1ResearchCenterforAnalysisandMeasurement，KunmingUniversityofSc

2、ienceandTechnology，Kunming650093，China；2FacultyofMaterialsandMetallurgicalEngineering，KunmingUniversityofScienceandTechnology，Kunming650093，China)摘要：在应用溶胶一凝胶法制备TiOz薄膜中，通过钛酸丁酯与结晶硫酸高铈(和鼍氧化二镧)混合反应，使薄膜中掺杂了一定量的Ce(La)离子。经对甲醛的光催化性能实验以及XRDRietveld(全谱图拟合)结构分析表明：控制两种元素的加入量和热处理的温度，能够使薄膜的晶体和微结构发生变化，

3、从而使TiOz的催化性能得以大幅度提高。关键词：TiOz薄膜；溶胶一凝胶；光催化性能；伞谱图拟合中图分类号：TB34文献标识码：A文章编号：1001—4381(2010)01—0058—04Abstract：Ti02thinfilmswithCe—dopingandLa—dopingwerepreparedbysol—gelmethodthroughthemixedreactionoftetrabutyttitanatewithcericsulfatecrystal(andlanthanumsesquioxide)．Thepho—tocatalyticexperimen

4、ttotheformaldehydeandtheXRDstructuralanalysiswithRietveld(whole-pat—ternfitting)methodshowthatcrystalandmicrostructureofthinfilmschangewithdopingquantityandheattreatmenttemperature，thuscatalyticperformanceofTi02isimprovedsubstantiallyatopti—mumconditions．Keywords：Ti02thinfilm；sol—gel；pho

5、tocatalysis；Rietveld锐钛矿Ti0。属于宽禁带的化合物半导体材料，在环境污染治理中，作为光催化剂具有氧化活性高、性能稳定等特点n]。为进一步提高TiO：的光催化性能和实用性能，学者们采用许多方法对它进行改进，主要包括金属或氧化物表面沉积、金属非金属元素掺杂改性、半导体复合以及有机染料敏化等口-6]。按照物质结构的特性，掺人微量杂质元素，可使晶格中缺陷增加，导致材料的结晶性能改变。有资料显示，金属离子掺杂物的存在，可有效阻止或减缓光生载流子的复合失活过程，使TiO：的催化活性显著提高[7]。岳林海[83和XU[93分别系统地研究了Y”，Ce4+，Eu3+

6、，Tb3+，La3+，Gd3+，Sm3+，Ce3十，Er3+，Pr3+，Nd3+等稀土离子掺杂纳米TiO。的光催化活性，并探讨了稀土离子半径和离子价态的变化方式及离子含量对催化性能的影响。实验证明，采用溶胶一凝胶法[101制备TiO：薄膜可以容易地掺杂不同金属离子，而且材料制备技术简单，成本低，因此具有广阔的应用前景。本工作选择了Ce和La作为掺杂物，制备了Ti0：／Ce和Ti0。／La薄膜，并且通过样品对甲醛液体的降解率来表征薄膜的光催化性能。同时用XRD表征薄膜晶体结构和结晶变化情况，用Rietveld全谱图拟合[1卜13]进行了微结构分析，从结晶特性上对TiO：的

7、光催化机理进行了讨论。1实验1．1溶胶配制和基片处理首先按比例把钛酸丁酯和乙酰丙酮加到乙醇中搅拌均匀；然后按比例把结晶硫酸高铈(或三氧化二镧)溶人浓硝酸中，加蒸馏水稀释，再加入乙醇搅拌均匀。最后将两种液体混合在一起，进行充分搅拌得到亮黄色的稳定性很好的溶胶放置待用。需要注意的是，蒸万方数据TiO：掺杂Ce和La离子薄膜的微结构与光催化性能59馏水和乙醇加入量的不同，可以改变溶胶的浓度。浓度太小会使拉膜变薄，浓度太大会使膜层不平整。因此，要得到厚薄合适，膜层均匀的高质量样品，必须严格控制蒸馏水和乙醇的加入量。实验中，可以把加入的蒸馏水、乙醇