稀土鑭、鈰摻雜混晶二氧化鈦納米管光催化性能研究.pdf

1、納米TiO2是一種新型的半導體材料，由于化學性質無毒、穩(wěn)定、難溶、價格低廉等，在光電轉換、太陽能的儲存與利用、光致變色以及光催化降解大氣和水中的污染物等方面具有廣闊的應用前景。TiO2的晶型主要包括三種：銳鈦礦型、金紅石型和板鈦礦型。板鈦礦型沒有光催化活性，用作光催化劑的主要是金紅石型和銳鈦礦型。由于銳鈦礦的禁帶寬度大于金紅石，從而使銳鈦礦所產生的空穴-電子對具有更正和更負的電位，故銳鈦礦的催化活性高于金紅石。但銳鈦礦TiO2禁帶寬約3

2、.2eV，需用(近)紫外線光照射才能激發(fā)產生電子-空穴對，其電荷載流子的復合速率也很快，大約發(fā)生在皮秒和納秒的時間尺度范圍內，導致光催化活性不高，制約了其廣泛的應用，目前研究的主要方向之一是提高其光催化性能。研究表明，混晶型TiO2納米粉體具有比單一晶型的納米粉體更優(yōu)的光催化性能；相對于納米粉體和薄膜而言，TiO2納米管具有更大的比表面積，將TiO2制備成混晶型納米管是一種提高其光催化性能的新途徑，目前國內外對其研究報道極少。
　

3、　 本文利用溶膠-凝膠法，在不同熱處理溫度下煅燒，結合微波法制備摻雜稀土鑭、鈰的混晶TiO2納米管，利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和X射線衍射儀等對其進行表征，并對TiO2納米管的形成機理進行分析。以甲基橙為目標降解物，對比單獨摻雜鑭的混晶TiO2納米管和未摻雜的TiO2納米管以及相對應的納米粉體進行光催化降解試驗，研究其光催化性能，并對降解機理及稀土元素摻雜對TiO2混晶納米管光催化性能影響機理進行分析。本文的主要工作包括

4、混晶型納米管的制備及研究。
　　 采用溶膠-凝膠的方法，其中稀土鑭和鈰的摻雜量分別為0.5％，在不同的熱處理溫度下能制備出不同晶型組成的TiO2粉末。未摻雜稀土TiO2的晶型轉變溫度低于700℃，單摻雜稀土鑭TiO2的晶型轉變溫度在800℃左右，摻雜稀土鑭鈰TiO2的晶型轉變溫度在900℃左右，與單一稀土鑭摻雜的TiO2對比，稀土鑭和鈰的混合摻雜更大的抑制了銳鈦礦相向金紅石相的轉變。
　　 在本試驗條件下，以溶膠-凝膠法

5、并經后續(xù)熱處理制得的混晶TiO2納米粉粒徑在15-20nm左右，形態(tài)均勻。利用微波法所制備的TiO2納米管外徑為15nm，內徑為10nm，形態(tài)較均勻；
　　 在15W紫外光源照射下，經75min光催化降解試驗表明：TiO2納米管比納米粉具有更高的光催化性能；摻雜稀土元素的TiO2納米管光催化性能優(yōu)于未摻雜的TiO2納米管；當摻雜鑭0.5％和摻雜鈰0.5％時，煅燒溫度在900℃時，銳鈦礦含量為91.8％金紅石含量為8.2％時，光催