稀土掺杂二氧化钛纳米的制备及其光催化性研究

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1、稀土掺杂二氧化钛纳米的制备及其光催化性研究朱路路摘要：利用稀土掺杂对TiO2进行改性以实现可见光响应和提高量子效率是提高光催化剂活性的重要方法之一。总结了国内外利用稀土掺杂TiO2催化剂的制备方法及利用稀土掺杂对TiO2进行改性以提高其光催化效率的研究结果,分析了稀土元素种类、掺杂量等因素对光催化活性的影响。关键词：稀土元素光催化二氧化钛参杂1前言：光催化性是纳米半导体的独特性能之一，TiO2作为光催化材料因其具有化学性质稳定，对生物无毒性等优点，成为当前最有应用潜力的一种光催化剂。但是由于TiO2光催化剂带隙较宽(Eg=3.12

2、eV,K=387nm),只有在K小于387nm的紫外光激发下,价带电子才能跃迁到导带上形成光生电子和空穴分离;而且,由于光激发产生的电子和空穴的复合,导致光量子效率很低,制约了TiO2纳米材料在实际中的应用[2]。目前，国内外提高TiO2纳米粉体和纳米薄膜光催化性能常见方法包括离子掺杂、贵金属沉积、复合半导体、光敏化、超强酸化、表面螯合、表面还原处理等，其中以离子掺杂研究报道较多井立强[3]。本文着重阐述了二氧化钛掺杂稀土的制备方法，影响光催化性能的主要因素以及催化增强的机理。2稀土掺杂TiO2的制备方法2.1溶胶一凝胶法:这种方

3、法是在用溶胶一凝胶法制备TiO2纳米粒子的过程中加入稀土离子的盐溶液(氯化物、硝酸盐或其它)，之后将形成的凝胶进行干燥烧结。该方法在水解过程中能促进晶核的形成，抑制晶核的长大和颗粒的聚集，而且工艺简单，操作便利，合成温度低，条件易控且得到的产品具有良好的均一性和较高的纯度，易实现掺杂。韩蕴华[1],采用溶胶凝胶法制备了钡掺杂的磁性纳米二氧化钛Ba-TiO，／siO，／NiFe，0，利用TEM、XRD等技术对催化剂进行了表征，并以亚甲基兰为目标降解物考察了磁性纳米催化剂的可见光催化性能。张新,屈宜春,等[3]采用溶胶一凝胶法制备了纯

4、的和掺杂La的rio2纳米粒子，并利用XRD，TEM，XPS和荧光光谱(FS)等对样品进行表征，主要考察焙烧温度和La含量对ri02纳米粒子的性质以及光催化降解苯酚活性的影响，并探讨了La的掺杂对rio2相变的作用机制以及FS光谱与光催化活性的关系。2.2浸渍法:将稀土氧化物和二氧化钦粉末按一定比例配制的悬浮液搅拌均匀，蒸发至干，在稍高温度下干燥至恒重，过筛，锻烧，得到样品。也有方法是将TiO2微粉浸渍在一定浓度的金属离子的盐溶液中，加入碱液使掺杂金属离子转变为金属氢氧化物，然后经过烧结转变为金属氧化物。2.3直接吸附法:是将微粉

5、浸渍在一定浓度的稀土离子的盐溶液中，搅拌、过滤、干燥后作为样品。2.4共沉淀法:这种方法是将含有Ti4+和掺杂离子的溶液慢慢加到含有过量沉淀剂的溶液中，并进行搅拌。由于沉淀离子的浓度大大超过沉淀平衡浓度，从而使两种离子能够同时按比例沉淀下来，得到较均匀的沉淀物，再经过滤、烘干、锻烧，得到样品。周兰香[9]3.5gco(NO3)2·6I-I20或2．5e(N03)3·6I-I20与200mL去离子水在烧瓶内配成溶液，然后将烧瓶置于冰浴中，40mL四氯化钛缓缓滴入烧瓶，同时剧烈搅拌。滴加速度控制在使烧瓶内温度不超过15。C。滴加完毕用

6、氨水调节pH=4～5，沉淀用去离子水离心洗涤至无Cl一被检出(用w(AgNO3=1％水溶液)。然后用无水乙醇分数次交换出沉淀中的水分，离心分离。滤饼在70~C下真空干燥后，500~C下焙烧2h，得到CoO或Ce％质量分数约3％的超细掺杂粉体。2.5水热分解法[9]：水热法由于原料易得，反应过程可控等特点而成为了最有应用前景的方法之—。其基本方法是：在特制的密闭反应容器(高压釜)里，采用水溶液作为反应介质，通过高温高压将反应体系加热至临界温度。使前驱物在水热介质中溶解，进而成核、生长、最终形成具有一定粒度和结晶形态的晶粒，卸压后经洗

7、涤，干燥即可得到纳米级Ti02粉体。方法一:将Ti(SO4)2溶于去离子水形成透明溶液，在高速搅拌下，滴入NH3・H2O(1∶2)调节溶液的pH值，当pH值大于2时，即开始产生白色沉淀，经抽滤分离出白色沉淀后，用去离于水反复洗涤沉淀，直至用5%BaCl2溶液检验不到SO42-，然后，将得到的沉淀用稀硝酸溶解，形成硝酸氧钛溶液，过滤,在滤液里加入一定量的DBS并充分分散，然后用氨水中和，将得到的滤饼用去离子水和无水乙醇分别洗涤，最后用异丙醇分散得到稳定的胶体，将胶体置于25℃下真空子燥，得到的粉体在不同温度下进行煅烧,然后，用H-8

8、00型透射电子显微镜分析不同温度下煅烧所得TiO2粉体的晶粒形貌。方法二:在氢氧焰水解四氯化钛制备二氧化钛的过程中，氢燃烧生成的水与四氯化钛在高温下反应生成TiO2一次颗粒，这些颗粒再相互碰撞，经凝结或烧结后变成TiO2纳米颗粒。3.影响光催化性能