N—S—Ce共同摻雜二氧化鈦及光催化活性研究

胡華國

摘要：用溶膠 凝膠法制備N、s和Ce共同摻雜的Ti02粉體降解甲基橙溶液。同未摻雜，N、s以及Ce單摻雜的Ti02粉體進行對比，系統研究了影響降解甲基橙溶液的因素。結果顯示，三元素共同摻雜較未摻雜或單摻雜具有明顯的催化效果，并發現煅燒溫度在5000C、甲基橙溶液在pH為7時，降解效果最佳。

關鍵詞：共摻雜；甲基橙；光催化

中圖分類號：TQ032文獻標識碼：A

光催化氧化法是一種較為滿意的處理方法，國內外對此進行了大量研究[1]。Ti02是一種光催化活性高、無毒、化學穩定性好、耐光腐蝕、成本低廉的光催化劑，在抗菌、光降解有機物、空氣凈化等方面都有廣泛的應用前景。Ti02是寬禁帶半導體，只有在λ≤387nm的紫外光照射下才能體現其光催化活性，而輻射到地面的紫外光部分僅占太陽光的4%，使得太陽能的利用率很低。因此，窄化Ti02的禁帶寬度，提高Ti02對太陽能的利用率成為光催化技術的重要研究課題之一。 本文采用溶膠 凝膠法制備N、S和Ce共同摻雜的Ti02粉體降解甲基橙溶液，系統考察了焙燒溫度、不同溶液pH、降解時間、溶液初始濃度對光催化活性的影響。

1 實驗部分

配置一定量的飽和尿素溶液備用。將鈦酸四丁酯（CP）與乙醇按體積比為1：1.5混合攪拌形成A溶液，再將飽和尿素溶液、硫脲、水合硝酸鈰攪拌形成B溶液，勻速將A溶液（ 2mL/min）滴加到B溶液中，滴加完畢繼續攪拌4h，將反應物恒溫干燥（650C）烘干48h，瑪瑙研缽研磨后，高溫焙燒，即得到摻雜Ti02光催化劑。

2 光催化活性研究

2.1 焙燒溫度對共摻雜光催化劑影響

光催化劑在空氣環境下，分別在3000C、400℃、500℃. 600℃、700℃下煅燒2h，然后自然降至室溫。可見以光鎢燈為光源，研究同等條件下不同焙燒溫度對甲基橙降解率的影響。

降解率D%=（1-A1/A2）×100%

式中：D為降解率，A1為溶液反應后吸光度，A2為溶液初始吸光度。

二氧化鈦有3種晶型，分別是銳鈦礦、金紅石和板鈦礦。由文獻查閱，在450℃焙燒可形成銳鈦礦型，隨著溫度提升逐步轉變為金紅石型。從表1可以得出，從500℃開始隨著焙燒溫度提升，摻雜二氧化鈦晶型轉變，活性逐步降低。

從表l及表2可以看出，以鎢燈可見光為光源，N-S- Ce共同摻雜后催化劑活性表現提升。單摻雜和未摻雜相比較，催化劑活性提高較低，三摻雜較未摻雜及單摻雜催化活性提升較大。原因可能是三摻雜較其他催化劑有較高的比表面積，能產生更多的羥基自由基，具有更好的可見光吸收性，接觸甲基橙更多，光催化活性提升的也較多。

2.2 不同pH條件下制備光催化劑對甲基橙降解性能影響

取30mL不同pH甲基橙溶液，加入5mg自制催化劑，避光攪拌lOmin達到吸附平衡，以可見光鎢燈為光源，每隔30min取樣一次，用cary-5000型紫外/可見分光光度計測定吸收光譜，計算降解率如表3。

2.3 甲基橙初始濃度對光催化活性研究

取30mL不同濃度的甲基橙溶液，以可見光鎢燈為光源，500℃焙燒，pH為7時，得到表4摻雜光催化劑降解不同初始濃度溶液降解率變化曲線。

可以得出，隨著初始濃度增大，催化活性降低。在光照時間及催化劑濃度一定的情況下，經光激發后，催化劑表面羥基自由基數目是一定的。因此，反應物分子越多，受到空穴和羥基自由基攻擊的概率越小。當甲基橙溶液濃度增大時，催化劑比表面積一定，吸附在催化劑表面的有機物濃度必然降低，從而降低了降解率。

3 結論

以甲基橙溶液為處理對象，研究了共摻雜光催化劑性能并在同等條件下比較了未摻雜和單摻雜納米二氧化鈦光催化活性。實驗表明，以可見光為光源照射時，三元素共摻雜二氧化鈦具有更好的光催化活性。在焙燒溫度為500℃時，共摻雜活性最高。pH為7時，降解效果最佳。

參考文獻

[1]焦偉祥，陳微微，雷鳴，等，醇溶性n型自摻雜富勒烯銨[A].中國化學會第29屆學術年會摘要集——第25分會：有機光伏[C].2014.