納米TiO2的制備、表征及光催化性能研究_圖文

1、2006年全國太陽能光化學與光催化學術會議專輯納米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(中國石油大學(華東,重質(zhì)油國家重點實驗室,山東,東營,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,有YTi02等半導體光 催化劑的研究成為環(huán)境科學領域的研究熱點。其中,納米Ti02以其價廉無毒、具合適的禁帶 寬度、大的比表面積、高的化學穩(wěn)定性、強的氧化還原能力以及能殺死微生物等優(yōu)點,受到 了人們的廣泛關注。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試樣品的光催化性能以光催化降解甲基橙來評價。光源為500W的高壓汞燈(主波長 365rrm,反應初始甲基橙濃度

3、為40mg/L,試驗過程中每隔一定時間取樣,離心分離后取 上部分清液,以DR/2500型分光光度計測定其吸光度(測定波長為465nm。甲基橙溶液濃度為045 mg/L時,與吸光度呈良好的線性關系,因此,可 用相對吸光度值的變化來表征樣品的相對光催化 性能。 g d 2試驗結(jié)果與分析2.1光催化降解性能測試煅燒溫度分別為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j樣品的光催化 性能最好;800時,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 峰強度逐漸增加,A(103、A(112晶面衍射峰趨于明 顯,說明產(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年全國太陽能光化學與光催化

5、學術會議專輯利用銳鈦礦相(101晶面衍射峰的XRD數(shù)據(jù),可通過Scherer公式D=K2/(pcosO來 計算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,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,可見隨著煅燒溫度的升高,Ti02的晶粒尺寸迅速長大。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,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表面官能團的影響。3討論通過以上的試驗結(jié)果和分析表征可以看出,煅燒溫度主要從以下幾個方面對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)生的氧化還原電勢也較銳鈦礦低,對

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,表面積增大,吸附底物的能力增強,可促進光催化反應的進 行。從Ti02晶粒尺寸的計算結(jié)果可知,隨著煅燒溫度的升高,晶粒尺寸迅速長大,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,在同樣波長范圍光的激發(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,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 晶粒尺寸過大,產(chǎn)生的電子和空穴不易擴散NTi02粒子表面引發(fā)氧化還原反應,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。晶粒尺寸迅速長大,到 800,出現(xiàn)金紅石相;(3隨煅燒溫度的升高.Ti02