金紅石相TiO2納米棒的氫化處理及其光催化活性

金紅石相TiO2納米棒的氫化處理及其光催化活性

表面光電壓譜(SPS)技術越來越多地應用于研究固體材料的表面物理性質和相間電荷轉移過程,可以得到材料中光生電荷的基本屬性。為了得到具有缺陷結構的二氧化鈦的表面光電荷性質，黑龍江大學崔海琴等人對金紅石相二氧化鈦納米棒樣品進行了氫化處理，并利用表面光電壓技術研究了樣品的光生電荷屬性及分離狀況, 初步探討了光催化活性提高的機制。實驗以鈦酸四丁酯為鈦源,通過鹽酸調制的水熱法制備出了具有棒狀結構的金紅石相納米TiO2,并進一步進行高溫氫化處理。采用X射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、紫外-可見-近紅外漫反射(UV-Vis-NIR DRS)、電子順磁共振(EPR)和表面光伏(SPS)等測試手段對樣品進行表征,以氣相乙醛和液相苯酚為目標污染物考察了金紅石相二氧化鈦納米粒子在可見光、紫外光和模擬太陽光條件下樣品的光催化活性。結果表明:隨著高溫氫化處理時間的延長,TiO2樣品的可見光吸收逐漸增強,其顏色逐漸由白色轉變成灰色,這主要與引入的Ti3+/氧空位缺陷有關。表面光電壓譜和羥基自由基測試表明,適當時間的氫化處理有利于光生電荷的分離。在光催化氧化降解氣相乙醛和液相苯酚過程中,經適當時間氫化處理的樣品表現出高的可見光催化活性。并且可見光催化活性的規律與紫外光下的是一致的。這是因為氫化處理后在導帶底下方引入了缺陷能級,拓展了可見光響應。過度的氫化處理會在TiO2導帶下方引入較低的缺陷能級,使光生電荷的復合加劇,導致光催化活性降低。

摘自《物理化學學報》