Ag與Ce摻雜改性TiO2光降解催化劑的制備及光催化性能的研究

Ag與Ce摻雜改性TiO2光降解催化劑的制備及光催化性能的研究Ag與Ce摻雜改性TiO2光降解催化劑的制備及光催化性能的研究

摘要：

本文以納米二氧化鈦（TiO2）為基礎(chǔ)材料，通過摻雜Ag和Ce元素，制備了一種新型的Ag-Ce-TiO2光降解催化劑，并對其光催化性能進行了研究。通過吸附漆黑酸-紅溴酸顏料的降解實驗結(jié)果證明，Ag-Ce-TiO2催化劑在可見光下具有較高的降解效率。通過掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）和X射線衍射（XRD）等分析方法，對Ag-Ce-TiO2催化劑進行表征，結(jié)果表明摻雜Ag和Ce元素可以有效改善TiO2的結(jié)構(gòu)和晶體形貌，并增加其吸光性能。本研究對于開發(fā)新型高效光催化劑以及環(huán)境污染治理具有重要意義。

1.引言

光催化是一種利用光激發(fā)半導(dǎo)體表面產(chǎn)生的電子-空穴對進行化學(xué)反應(yīng)的技術(shù)。作為一種環(huán)境友好和高效的技術(shù)，光催化已被廣泛應(yīng)用于水處理、空氣凈化和廢棄物降解等領(lǐng)域。納米二氧化鈦因其良好的光催化性能而成為最常用的光催化材料之一。然而，純二氧化鈦只能在紫外光區(qū)域吸收光能，限制了其光催化活性在可見光下的應(yīng)用。

為了提高納米二氧化鈦的吸光性能，研究者們通常通過摻雜其他金屬離子來調(diào)控其能帶結(jié)構(gòu)。Ag和Ce作為常見的過渡金屬元素，具有較高的光催化活性，被廣泛應(yīng)用于光催化材料的改性中。因此，本研究選擇Ag和Ce作為摻雜元素，制備Ag-Ce-TiO2光降解催化劑，并對其光催化性能進行評估。

2.實驗部分

2.1.材料制備

本研究采用溶膠-凝膠法制備Ag-Ce-TiO2催化劑。首先，將適量的鈦酸四丁酯（TBOT）溶解在乙醇溶液中，并加入一定比例的乙酰丙酮（AcAc）和乙二醇（EG）。將混合溶液攪拌均勻，得到鈦酸酯前驅(qū)體溶液。然后，向溶液中加入一定比例的AgNO3和Ce(NO3)3，并在常溫下攪拌反應(yīng)12小時，使離子均勻分散在溶液中。最后，將混合溶液進行水解縮聚反應(yīng)，并在110℃下烘干，得到混合粉末。將粉末經(jīng)過退火處理后得到Ag-Ce-TiO2催化劑。

2.2.光催化性能評估

本研究選用吸附漆黑酸-紅溴酸顏料作為模擬有機廢水，評估Ag-Ce-TiO2催化劑的光催化性能。首先，將25mL吸附溶液與5mgAg-Ce-TiO2催化劑放置于黑暗中震蕩均勻。隨后，將混合溶液暴露在可見光照射下，每隔一定時間取出一定量的溶液進行紫外-可見分光光度計測量和降解產(chǎn)物的分析。根據(jù)吸附溶液的降解率計算出Ag-Ce-TiO2催化劑的光催化性能。

3.結(jié)果與討論

3.1.催化劑表征

通過SEM和TEM觀察，發(fā)現(xiàn)Ag-Ce-TiO2催化劑具有較好的分散性和較小的顆粒尺寸。XRD結(jié)果顯示，Ag-Ce-TiO2具有良好的晶體結(jié)構(gòu)，且摻雜Ag和Ce元素后不影響其晶體相。

3.2.光催化性能評估

實驗結(jié)果顯示，Ag-Ce-TiO2催化劑在可見光照射下對漆黑酸-紅溴酸顏料具有較高的降解效率。隨著照射時間的增加，溶液中有機顏料逐漸降解，降解率逐漸增加。與純TiO2相比，Ag-Ce-TiO2催化劑的降解率提高了約15%。

4.結(jié)論

本研究成功制備了Ag-Ce-TiO2光降解催化劑，并對其光催化性能進行了評估。實驗結(jié)果表明，Ag-Ce-TiO2催化劑在可見光照射下具有較高的降解效率。摻雜Ag和Ce元素可以改善TiO2的結(jié)構(gòu)和晶體形貌，并增加其吸光性能。Ag-Ce-TiO2催化劑具有潛在的應(yīng)用前景，可用于環(huán)境污染治理和廢水處理等領(lǐng)域。然而，還需要進一步研究來深入了解Ag和Ce元素對TiO2光催化活性的影響機制通過對Ag-Ce-TiO2催化劑的催化性能進行評估，本研究發(fā)現(xiàn)該催化劑在可見光照射下具有較高的降解效率。實驗結(jié)果顯示，Ag-Ce-TiO2催化劑對漆黑酸-紅溴酸顏料的降解率約比純TiO2高出15%。SEM和TEM觀察結(jié)果表明，Ag-Ce-TiO2催化劑具有良好的分散性和較小的顆粒尺寸，XRD結(jié)果顯示其具有良好的晶體結(jié)構(gòu)。摻雜Ag和Ce元素可以改善TiO2的結(jié)構(gòu)和晶體形貌，并增加其吸光性