納米TiO2的制備、表征及光催化性能研究_圖文

1、2006年全國(guó)太陽(yáng)能光化學(xué)與光催化學(xué)術(shù)會(huì)議專輯納米Ti02的制備、表征及光催化性能研究、 石建穩(wěn),鄭經(jīng)堂,胡燕,趙玉翠(中國(guó)石油大學(xué)(華東,重質(zhì)油國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東,東營(yíng),257061自1972年發(fā)現(xiàn)銳鈦相納米Ti02微粒在紫外光照射下能分解水以來(lái),有YTi02等半導(dǎo)體光 催化劑的研究成為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。其中,納米Ti02以其價(jià)廉無(wú)毒、具合適的禁帶 寬度、大的比表面積、高的化學(xué)穩(wěn)定性、強(qiáng)的氧化還原能力以及能殺死微生物等優(yōu)點(diǎn),受到 了人們的廣泛關(guān)注。本文采用溶膠一凝膠法制備了不同煅燒溫度的Ti02納米粉末,并考察了 它的光催化性能。I試驗(yàn)部分 。1.1光催化劑的制備首先,將17ml的鈦

2、酸四正丁酯加入到盛有30IIll無(wú)水乙醇的錐形瓶中,磁力攪拌30分 鐘,得到溶液;然后在燒杯中加入適量的無(wú)水乙醇、7.2ml蒸餾水和一定量的冰醋酸,混 合均勻后轉(zhuǎn)移到分液漏斗中,得到溶液;將溶液緩緩滴加到溶液中,邊滴加邊磁力攪 拌;滴加完畢后,繼續(xù)攪拌1h,陳化后,溶液轉(zhuǎn)變成凝膠。將該凝膠置于80下恒溫真空 干燥箱烘干后得到干凝膠,研磨成粉,再將干凝膠粉置于程序控溫爐中,分別予500、 600、700和800的溫度下煅燒2h,得到不同煅燒溫度的Ti02納米粒子。1.2樣品的光催化性能測(cè)試樣品的光催化性能以光催化降解甲基橙來(lái)評(píng)價(jià)。光源為500W的高壓汞燈(主波長(zhǎng) 365rrm,反應(yīng)初始甲基橙濃度

3、為40mg/L,試驗(yàn)過(guò)程中每隔一定時(shí)間取樣,離心分離后取 上部分清液,以DR/2500型分光光度計(jì)測(cè)定其吸光度(測(cè)定波長(zhǎng)為465nm。甲基橙溶液濃度為045 mg/L時(shí),與吸光度呈良好的線性關(guān)系,因此,可 用相對(duì)吸光度值的變化來(lái)表征樣品的相對(duì)光催化 性能。 g d 2試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1光催化降解性能測(cè)試煅燒溫度分別為500、600、700和800 樣品光催化降解甲基橙曲線如圖1所示。由圖l 可以看出, 煅燒溫度為600時(shí)j樣品的光催化 性能最好;800時(shí),性能最差;煅燒溫度為500和 700的樣品,光催化性能居中,兩者的光催化性能相 差不大,且500略優(yōu)于700。2.2XRD測(cè)試樣品的XRD

4、分析結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?500。C煅燒得到的Ti02呈現(xiàn)銳鈦礦相衍射峰,但晶粒發(fā) 育還不完全,隨著煅燒溫度的提高,銳鈦礦相的衍射 峰強(qiáng)度逐漸增加,A(103、A(112晶面衍射峰趨于明 顯,說(shuō)明產(chǎn)物的晶化程度隨著煅燒溫度的提高而增大。 700"C煅燒的樣品仍為純銳鈦礦相結(jié)構(gòu),直到800才 有少量的金紅石相出現(xiàn)。1.oO.90.80.70.60.50.4O.30.20.1O.0AlAL? RA AA IIo I R. 址! 一11n00。 Il 。 I擅i00 從 L J U5 卅繁島r一期 一102030405060 20圖3樣品的XRD1632006年全國(guó)太陽(yáng)能光化學(xué)與光催化

5、學(xué)術(shù)會(huì)議專輯利用銳鈦礦相(101晶面衍射峰的XRD數(shù)據(jù),可通過(guò)Scherer公式D=K2/(pcosO來(lái) 計(jì)算Ti02納米粒子的晶粒尺寸(其中D是平均晶粒尺寸,九是x射線的波長(zhǎng),K是常數(shù)O.89, p是XRD衍射峰的半高寬。500、600、700和800樣品的晶粒尺寸分別為18.2、 51.9、79.1和101.8rim,可見(jiàn)隨著煅燒溫度的升高,Ti02的晶粒尺寸迅速長(zhǎng)大。樣品的UV-Vis吸收光譜如圖3所示.從中可以看出,隨著煅燒溫度的升高,Ti02的 吸收帶邊發(fā)生了一定程度的紅移,80012煅燒得到的樣品紅移幅度最大,可能是由于生成了 禁帶寬度較銳鈦礦相窄的金紅石相的緣故,這一結(jié)果與X射線

6、分析結(jié)果一致;600和700 煅燒得到的樣品,與500煅燒得到的樣品相比,也發(fā)生了紅移,且兩者的紅移幅度相差不大,其中600的樣品紅移幅度稍微大一些,由XRD分析知道,煅燒溫度為500"-'700時(shí),樣品均為單一的銳鈦礦相結(jié)構(gòu),因此樣品吸收帶邊的紅移可以排除晶相轉(zhuǎn)變的影響.分析原因,可能是晶體粒徑和Ti02表面官能團(tuán)的影響。3討論通過(guò)以上的試驗(yàn)結(jié)果和分析表征可以看出,煅燒溫度主要從以下幾個(gè)方面對(duì)Ti02光催化性能產(chǎn)生影響:3.1晶型圖3樣品的UV:Vis吸收光Ti02有三種晶型,主要以銳鈦礦型和金紅石型存在。金紅石型禁帶寬度較銳鈦礦型窄, 其產(chǎn)生的氧化還原電勢(shì)也較銳鈦礦低,對(duì)

7、其光催化氧化性能是不利的.從圖2可以看出,煅 燒溫度為8009C的樣品中出現(xiàn)了一部分金紅石型Ti02,這可能是其光催化性能差的原因之一。 3.2晶粒尺寸納米Ti02晶粒尺寸減小時(shí),表面積增大,吸附底物的能力增強(qiáng),可促進(jìn)光催化反應(yīng)的進(jìn) 行。從Ti02晶粒尺寸的計(jì)算結(jié)果可知,隨著煅燒溫度的升高,晶粒尺寸迅速長(zhǎng)大,這可能是 800樣品光催化性能差的又一原因。3.3光吸收樣品光吸收增強(qiáng),在同樣波長(zhǎng)范圍光的激發(fā)下,就可以產(chǎn)生更多的光生電子和空穴,提 高"ri02的光催化性能。從圖4可以看出,隨著煅燒溫度的升高,Ti02的uv-vis吸收光譜發(fā)生 了不同程度的紅移。與其他樣品相比,500樣品光吸收最弱,返可能是其光催化性能不如 600樣品的原因;700樣品光吸收比500樣品強(qiáng),但光催化性能比500樣品稍差,其原 因可能是晶粒尺寸大的原因;雖然800樣品紅移最大,但由于產(chǎn)成了金紅石型Ti02,加之 晶粒尺寸過(guò)大,產(chǎn)生的電子和空穴不易擴(kuò)散NTi02粒子表面引發(fā)氧化還原反應(yīng),使得其光催 化性能反而最差。4結(jié)論(1四種Ti02樣品中,60012煅燒的樣品光催化性能最好。800煅燒的樣品最差, 500和700的居中,500的略微好于700的:(2隨著煅燒溫度的升高,Ti02晶體的結(jié)晶化逐漸完全。晶粒尺寸迅速長(zhǎng)大,到 800,出現(xiàn)金紅石相;(3隨煅燒溫度的升高.Ti02