掺铈TiO_2光催化剂的制备及其光催化性能

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TiO2光催化剂的制备及其光催化性能研究

TiO2光催化剂的制备及其光催化性能研究梁健;梁耀龙;唐奇;张缇【摘要】以钛酸四丁酯、乙醇为原料,通过溶胶—凝胶法制备了TiO2纳米粉体,并采用XRD、TEM等手段对样品进行结构表征.XRD结果表明,TiO2纳米粉体晶相为锐钛矿型,平均粒径大约为6-12nm.样品对甲基橙溶液进行了降解实验,实验结果显示,TiO2纳米粉体对甲基橙的光催化作用明显.最佳制备工艺条件为:钛酸丁酯与乙醇的体积比为1∶11,在pH值为2-3下,搅拌2小时,在500℃下煅烧.【期刊名称】《中国陶瓷工业》【年(卷),期】2014(021)002【总页数】5页(P1-5)【关键词】TiO2;光催化剂;溶胶-凝胶法;甲基橙溶液【作者】梁健;梁耀龙;唐奇;张缇【作者单位】景德镇陶瓷学院,江西景德镇333001;欧神诺陶瓷有限公司,广东佛山528000;欧神诺陶瓷有限公司,广东佛山528000;欧神诺陶瓷有限公司,广东佛山528000【正文语种】中文【中图分类】TQ175.9自1972年Fujishima和Honda报道了在光电池中光辐射TiO2可持续发生氧化还原反应后，TiO2在研究领域和工业生产上的潜在应用引起了越来越广泛的关注。

1985年日本的Tadashi等首先报道TiO2在紫外灯照射下具有杀菌作用，1998年日本东京大学先进科学技术研究中心Kayano等人发表了二氧化钛薄膜光催化剂抗菌和解毒作用的研究论文。

证实了二氧化钛光催化剂不仅可以杀死细菌，而且可以彻底将细菌的残骸分解，避免了细菌残骸分解出的内毒素对人类的二次毒害。

自此，由于TiO2光催化技术在降解有机物及消毒杀菌方面表现出极大的技术优势近年来引起了人们广泛的兴趣。

光催化氧化技术具有反应条件温和、能耗低、操作简便、可减少二次污染及可用太阳光为反应光源等突出特点，能有效降解几乎所有的有机污染物，并最终生成H2O、CO2等无机小分子，显示出在环保领域广阔的应用前景。

光催化反应指在有光参与的情况下，发生在催化剂及其表面吸附物(如H2O、O2分子和被分解物等)多相之间的光化学反应。

TiO2纳米粒子的合成及其光催化性能研究-实验讲义-2014

TiO2纳米粒子的制备及光催化性能研究一、实验目的1. 了解TiO2纳米多相光催化剂的催化原理及其应用;2. 掌握纳米金属氧化物粒子粉体的制备方法；3. 掌握多相光催化反应的催化活性评价方法；4. 了解分析催化剂结构及性能之间关系的方法。

二、仪器与药品四氯化钛(TiCl4)、钛酸四丁酯［Ti(0Bu)4］、罗丹明B盐酸、硝酸、无水乙醇、去离子水、磁力搅拌器、烘箱、控温马弗炉、低速离心机、分光光度计烧杯、离心试管、容量瓶、移液管三、实验原理1. TiO2纳米粒子的制备反应原理本实验采用有机和无机两种钛盐前体来制备TiO2纳米粒子(1) .以钛酸四丁酯Ti(0Bu)4为前体通过溶胶-凝胶法制备TiO2纳米粒子以钛醇盐Ti(OR)4( R为-C2H5, -C3H7, -C4H9等烷基)为原料，在有机介质中通过水解、缩合反应得到溶胶，进一步缩聚制得凝胶，凝胶经陈化、干燥、煅烧得到纳米TiO2, 其化学反应方程式如下：水解：Ti(OR) 4 + nH20 - Ti(OR)(4-n) (0H)n + nROH缩聚：2Ti(OR)(4-n)(OH)n - ［Ti(OR)(4-n)(。

册母。

+ 出0制备过程中各反应物的配比、搅拌速度及煅烧温度对所得TiO2纳米粒子的结构和性质都有影响。

⑵.以四氯化钛(TiCl4)为前体水解制备TiO2纳米粒子由于Ti离子的电荷/半径比大，具有很强的极化能力，在水溶液中极易发生水解。

发生的化学反应方程式如下：TiCl4 + 2H2O >TiO2 + 4HCl制备过程中各反应物的配比、反应温度、搅拌速度、溶液pH值及煅烧温度对所得TiO2纳米粒子的结构和性质都有影响。

2. TiO2光催化原理根据固体能带理论，如图1所示，TiO2半导体的能带结构是由一个充满电子的低能价带(valenee band, VB.)和空的高能导带(conduction band, C.B.)构成。

价带和导带之间的不连续区域称为禁带(禁带宽度Eg)。

离子共掺杂对二氧化钛光催化性能的影响

离子共掺杂对二氧化钛光催化性能的影响【摘要】本文采用溶胶-凝胶法，通过单掺杂铈、镱及双掺杂制备出几种改性纳米TiO2材料，并以其作为光催化剂，选择十二烷基苯磺酸钠（SDBS）作为目标降解物，对上述几种改性纳米TiO2的光催化性能进行了对比研究，发现掺杂稀土铈、镱的纳米TiO2能明显提高其光降解效能。

其中铈的最佳掺杂浓度为0.2%（wt%，下同），镱的最佳掺杂浓度为0.4%。

双掺杂镱，铈的最佳配比是3：1（0.30%：0.10%）。

0.25%的铈掺杂复合催化剂在500℃煅烧4h降解SDBS 的效率最好。

【关键词】离子掺杂；溶胶—凝胶法；光催化剂十二烷基苯磺酸钠纳米TiO2是一种比较理想的半导体光催化剂，在废水处理、空气净化以及保洁除菌等方面具有广阔的应用前景。

研究中发现，在制备纳米二氧化钛过程中掺杂一定量的金属离子或对其进行表面改性，能有效地阻止电荷在转移过程中的复合，使其光催化活性提高，在其中掺杂过渡金属及稀土元素能显著改善其光催化性能。

如：掺杂Zn、荧光素具有良好的光学性质，掺杂CeO2具有热、光催化作用。

本文采用单掺杂铈、镱制备出几种改性纳米TiO2材料，并以其作为光催化剂，选择十二烷基苯磺酸钠（SDBS）作为目标降解物，对上述几种改性纳米TiO2的光催化性能进行了对比研究。

1实验部分1.1纳米TiO2粉体的制备室温下，将钛酸丁酯（10ml）与无水乙醇（25ml）混合，磁力搅拌30min，均匀混合得到溶液A；将A置于分液漏斗中备用。

另取无水乙醇（25ml），冰醋酸（5ml），Xml的Ce4+试剂和Yml的Yb3+试剂（由计算所得）充分混合制成B液备用。

在剧烈搅拌下将A液慢慢滴入（1滴/2s）B液中，时间为30 min；滴加完毕，继续搅拌20min。

静置，即可得到透明的溶胶。

得到的溶胶静置48小时以上，得透明凝胶。

80℃恒温烘烤65h后。

烘干的样品分批送入箱式电阻炉内进行高温煅烧。

研磨得到白色或浅黄色的稀土掺杂的纳米氧化钛粉体。

CeO2掺杂TiO2光催化剂的性能研究

的光催化反应器内，在反应器内加入一定浓度的甲并
醛溶液后密封反应器，打开反应器内的风扇使挥发再的甲醛与空气均匀混合，隔一段时间检测甲醛浓度，每采用酚试剂比色法，计算甲醛的降解率。并
质稳定、溶、毒、廉等优点而成为研究最多的光难无价催化剂ｕ。但Ｔｉｚ有自身的局限性：带宽度约为］Ｏ也禁３２Ｖ，在（紫外光下才能激发产生光催化效应，．ｅ需近）对光的利用率较低；ａ在ｓ到ｐｓ时间范围内光生载流子就能迅速复合，光催化效率不高等，这些不足极大地限制了ＴＯｉ２的实际应用Ｌ。２］为了解决ＴＯ。ｉ的上述问题，目前研究了多种方法对ＴＯｚｉ进行改性，如半导体表面修饰、面螯合或衍表生、贵金属表面沉积、敏化等，光以促进光生载流子的有效分离，提高ＴＯｚ的光催化效率［；通过二元或ｉ３或多元半导体复合以及金属离子掺杂等，以在ＴＯ。ｉ禁带中形成中间能级，高催化剂对可见光的响应。上述提研究目前均在进行中，尚无成熟的技术。考虑到稀土元素具有ｆ电子，产生多电子组态，氧化物也具有易其
明，体在普通目光灯下对甲醛气体的降解率明显优粉
于Ｐ５。２

Ce 3+掺杂TiO2光催化性能研究

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第３卷第４７期２００８年４月
化
工
技术
与
开
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发
Ｖ０．７Ｎｏ４１３．
Ａｐ．０８ｒ２０
Ｔｅｈｏｏｙ＆ＤｅｅｏｍｅｔｏｈｍｉｌＩｄｓｒｃｎｌｇｖｌｐｎｆＣｅｃｎｕｔｙａ
质稳定、格低廉、毒、有效去除水体中污染物价无能
等特性，印染废水治理方面显示出巨大潜力。但在
是由于Ｔ带隙较宽，光生电子一空穴对的复合几率高，使其活性还不能满足实际需要。在提高光催
化效率，扩展对太阳光利用的波长范围方面，掺杂改性被认为是一种有效的途径。但就目前掺杂离子对纳米Ｔ光催化活性的影响，ｉ利用过渡金属掺杂的研究较多，而利用稀土元素掺杂对光催化性能影响的报道却很少。本文采用溶胶一胶法制备了掺杂凝稀土元素铈的Ｔ光催化剂，ｉ以亚甲基蓝为模型反
活性随着铈含量的增加而增加，当铈掺杂量在３７．％以上，光催化活性随着铈含量的增加而减少。
作者简介：马建华（９８）女，１６．，副教授，硕士，从事无机材料合成与分析工作
收稿日期：０７１．３２ｏ —Ｏ２
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Ｗ的汞灯为光源，照２ｈ后，光用紫外可见分光光度
，譬Ｑ圈圉
１实验部分
１１试剂与仪器．
一对亚甲基蓝光催化降解反应的影响。旧

以TiO-2光催化剂为基的过渡金属氧化物结构和性能的研究

以TiO_2光催化剂为基的过渡金属氧化物结构和性能的研究本论文的主要工作是基于探索在异相催化反应中,尤其是在目前比较热门的光催化反应研究领域中,催化剂的结构和其催化性能之间的相互关系。

半导体材料Ti02具有廉价,无毒,化学性质稳定,降解有机物彻底等优点,被广泛地应用于光催化领域。

本论文即以不同的制备方法,合成具备一定功能的TiO2光催化剂,并将其应用于吸附,酸催化以及光催化反应,研究经不同制备方法合成的具有特殊结构的Ti02光催化剂,其吸附、催化性能与其结构之间的相互关系,探讨催化学科中构效关系这一基础问题。

主要结果如下: 1.利用溶胶凝胶法制备了不同Ce含量的CeO2-TiO2过渡金属复合氧化物,研究了此种复合氧化物界面和表面的结构,以及这种特殊结构对于有机染料甲基橙的吸附性能影响。

通过XRD、可见光激发Raman和紫外光激发Raman、XPS、SEM等常规表征,以及同步辐射XAFS表征,我们发现此复合氧化物系列有如下特征: Ce未进入Ti02晶格,当Ce含量较低时,Ce会在Ti02内部氧缺陷成核,并随Ce含量增加形成Ce02萤石结构,Ce在界面上会首先形成Ce-O-Ti结构,并且少量Ce的加入对TiO2的局域结构和锐钛矿相的相稳定即可起很大的作用。

CeO2-TiO2复合氧化物中Ti02是表面富集的,Ce02则分布在相对较内层,这种体相-表面组成分布的不均匀不仅可以由上述表征手段,如XRD、紫外拉曼和可见拉曼、XPS综合得出,也可由此复合氧化物在不同Ce含量时,对于甲基橙的化学选择吸附的差异而看出。

藉由纯Ti02和纯CeO2对有机染料甲基橙吸附性能的巨大差异,我们发现了一种简单的化学选择性吸附方法,通过对比不同Ce含量的复合氧化物对甲基橙吸附的特点,来确定复合氧化物的表面组成。

并且我们已经将这种方法成功的应用到了几个其他相似的体系,包括CeO2-Fe2O3, CeO2-ZrO2等。

我们希望通过这种简单的方法可以有效的确定复杂的复合氧化物体系的表面组成。

Co、Ce共掺杂TiO2纳米粉体制备及光催化性能

佳掺杂量和最佳热处理温度。结果表明：介孔（ｏＣ）ｉ２Ｃ，ｅＴＯ光催化剂晶粒尺寸约为２．ｎ比表面积为９．２ｇ。－０ｍ，４７４ｍ２－４
Ｃ￣Ｔ２摩尔比Ｃ）Ｔ９Ｏ、ｅＴ２摩尔比Ｃ）Ｔ２０５（ｏＣ）ｉ：ｏｉ的ＯＫｏＫｉ＝．Ｃ－ｉ的／０１￣ＯＫｅＫｉ）．时，Ｃ，ｅＴ复合体系在５０／Ｏ＝０－Ｏ０ ℃下焙
ｏａｇｓｕｏ９％．ｒｎｅｉｐｔ０
Ｋｅｒ：ａｏｏｅ；ｔｔｎｕｄｏｉｅ；ｃｂｌ；ｃｒｕｍ；ｏｎｙｗｏｄｓｎｎｐｗｄｒｉｉｍｉｘｄａｏａｔｅｉｄｐｉｇ；ｐｏｏａｌｔｃｐｏｅｔｅｈｔｃｔｙｉｒｐｒｉｓａ
（肥工业大学材料科学与工程学院，合肥２００）合３０９
摘要：以钛酸丁酯为原料，ｏｅｃ和ｃ为掺杂剂，在室温下采用水解沉淀法制备共掺杂纳米Ｔｏ光催化剂。采用ＸＤ、ｉ２Ｒ
ＴＭ对其组织结构进行表征，并研究不同掺杂量和焙烧温度对Ｔ０２Ｅｉ光催化剂光催化性能的影响，确定ＴＯ和Ｃ的最ｏｅ
ＣｈｎＮａａ，ＷｕＹｕｃｅｇ，ＳｎｇＬｉｙｎ，Ｚｈｈｏｅｇ，ＨｕｎｉｍｉｅｎｈｎｏｎｕｕＳａｆｎａｇＸｎｎ
（ｃｏｌｆＭａｅｉｌＳＪｃｄｎｉｅｉｅｉｎｖｒｉＴｃｎｌｇ，ｅｅ２００，ｈｎ）ＳｈｏｏｔａｃｎｏｎｇｎｒｇＨｆｉｓｔｏｅｈｏｏｙＨｆｉ３０９ＣｉｒｓｕａＥｅｎｅＵｅｙｆａ

TiO2综述

TiO2综述纳⽶TiO2的性能、应⽤及其制备⽅法综述摘要：纳⽶TiO2具有独特的光催化性、优异的颜⾊效应以及紫外线屏蔽等功能, 在光催化剂、化妆品、抗紫外线吸收剂、功能陶瓷、⽓敏传感器件等⽅⾯具有⼴阔的应⽤前景。

国内外⽂献对纳⽶TiO2的性质、应⽤及其制备⽅法进⾏了⼤量的性能、应⽤及制备⽅法研究进⾏了综述。

的研究报道, 本⽂对有关纳⽶TiO2关键字：纳⽶TiO2、性能、应⽤、制备⼀、简介：纳⽶⼆氧化钛，亦称纳⽶钛⽩粉。

从尺⼨⼤⼩来说，通常产⽣物理化学性质显著变化的细⼩微粒的尺⼨在100纳⽶以下，其外观为⽩⾊疏松粉末。

具有抗紫外线、抗菌、⾃洁净、抗⽼化功效，可⽤于化妆品、功能纤维、塑料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷等领域。

⼆、分类：①、按照晶型可分为:⾦红⽯型纳⽶钛⽩粉和锐钛型纳⽶钛⽩粉。

②、按照其表⾯特性可分为:亲⽔性纳⽶钛⽩粉和亲油性纳⽶钛⽩粉。

③、按照外观来分：有粉体和液体之分，粉体⼀般都是⽩⾊，液体有⽩⾊和半透明状。

三、纳⽶TiO2的性能：纳⽶TiO2除了具有与普通纳⽶材料⼀样的表⾯效应、⼩尺⼨效应、量⼦尺⼨效应和宏观量⼦隧道效应等外, 还具有其特殊的性质, 尤其是催化性能。

3. 1 基本物化特性纳⽶TiO2有⾦红⽯、锐钛矿和板钛矿3种晶型。

⾦红⽯和锐钛矿属四⽅晶系, 板钛矿属正交晶系,⼀般情况下,板钛矿在650℃转变为锐钛矿,锐钛矿915℃转变为⾦红⽯。

结构转变温度与TiO2颗粒⼤⼩、含杂质及其制备⽅法有关,颗粒愈⼩,转变温度愈低,锐钛型纳⽶TiO2向⾦红⽯型转变的温度为600℃或低于此温度。

纳⽶TiO2化学性能稳定,常温下⼏乎不与其它化合物反应,不溶于⽔、稀酸,微溶于碱和热硝酸,不与空⽓中CO2、SO2、O2等反应,具有⽣物惰性和热稳定性,⽆毒性[1]。

3. 2光催化性3.2.1光催化原理纳⽶TiO2是⼀种n型半导体材料,禁带宽度较宽,其中锐钛型为3.2eV,⾦红⽯型为3.0eV,当它吸收了波长⼩于或等于387.5nm 的光⼦后,价带中的电⼦就会被激发到导带,形成带负电的⾼活性电⼦e-,同时在价带上产⽣带正电的空⽳h+,吸附在TiO2表⾯的氧俘获电⼦形成?O2-,⽽空⽳则将吸附在TiO2表⾯的OH-和H2O氧化成具有强氧化性的?OH,反应⽣成的原⼦氧、氢氧⾃由基都有很强的化学活性, 氧化降解⼤多数有机污染物,同时空⽳本⾝也可夺取吸附在半导体表⾯的有机物质中的电⼦,使原本不吸收光的物质被直接氧化分解,这两种氧化⽅式可能单独起作⽤也可能同时起作⽤,对于不同的物质两种氧化⽅式参与作⽤的程度有所不同[2]。

改性TiO2催化材料的制备及光催化性能研究

改性TiO2催化材料的制备及光催化性能研究摘要：本研究旨在探讨改性TiO2催化材料的制备方法以及其在光催化反应中的性能。

通过改变制备过程中的实验条件和添加不同的改性剂，成功制备出具有优异光催化性能的改性TiO2催化材料。

研究结果表明，改性TiO2催化材料在可见光区域表现出良好的光催化活性，这在提高传统TiO2催化剂的光催化性能方面具有重要意义。

关键词：改性TiO2；制备方法；光催化性能引言：光催化技术作为一种高效、环保的废水处理方法，在环境保护领域得到了广泛应用。

而TiO2作为一种常见的光催化材料，由于其价格便宜、稳定性好等优势，一直是研究的热点。

然而，传统TiO2催化材料在可见光区域的光催化活性较低，限制了其应用范围。

因此，改性TiO2催化材料的研究具有重要意义。

实验方法：本研究采用溶胶-凝胶法制备改性TiO2催化材料。

在制备过程中，分别添加了不同的改性剂，包括石墨烯、二氧化硅等。

通过调整溶胶的浓度、煅烧温度等实验条件，获得了不同改性剂含量的改性TiO2催化材料。

结果与讨论：实验结果表明，添加石墨烯和二氧化硅等改性剂可以明显提高TiO2催化材料的光催化活性。

石墨烯的加入可以增加催化剂的导电性，提高电子-空穴对的分离效率，从而提高光催化活性。

而二氧化硅的加入可以增加催化剂的表面积，提高光催化反应的活性位点数量，进一步增强了光催化性能。

结论：通过改变制备过程中的实验条件和添加不同的改性剂，成功制备出具有优异光催化性能的改性TiO2催化材料。

石墨烯和二氧化硅的加入分别改善了催化剂的导电性和表面活性位点数量，提高了光催化反应的效率。

本研究结果对于改进传统TiO2催化材料的光催化性能具有重要意义，为光催化技术的应用提供了新的思路。

展望：虽然本研究取得了良好的结果，但仍有一些问题有待进一步研究。

例如，需要深入探讨不同改性剂的最佳添加量，以及改性TiO2催化材料的长期稳定性等。

未来的研究可以进一步优化改性TiO2催化材料的制备方法，以提高其在光催化反应中的性能，进一步拓展光催化技术的应用领。

《Ce及Ce-Zn共掺杂二氧化钛薄膜的制备及光催化性质的研究》范文

《Ce及Ce-Zn共掺杂二氧化钛薄膜的制备及光催化性质的研究》篇一一、引言随着环境污染和能源短缺问题的日益严重，光催化技术因其具有高效、环保、可持续等优点，已成为当前研究的热点领域。

二氧化钛（TiO2）因其良好的化学稳定性、无毒性、高光催化活性等特性，在光催化领域中具有广泛的应用前景。

近年来，为了进一步提高二氧化钛的光催化性能，研究者们采用各种方法对二氧化钛进行掺杂改性。

其中，稀土元素Ce的掺杂因其能有效地提高二氧化钛的光吸收范围和光生载流子的分离效率而备受关注。

此外，Ce与Zn共掺杂的二氧化钛也被证实可以进一步优化其光催化性能。

因此，本篇论文将主要探讨Ce及Ce-Zn共掺杂二氧化钛薄膜的制备方法以及其光催化性质的研究。

二、实验部分（一）材料与方法本实验采用溶胶-凝胶法（Sol-Gel）制备Ce及Ce-Zn共掺杂二氧化钛薄膜。

具体步骤如下：首先，配制含Ti、Ce和Zn的溶胶；然后，将溶胶涂覆在基底上，经过干燥、热处理等步骤制备出薄膜；最后，对薄膜进行表征和性能测试。

（二）实验材料与设备实验材料主要包括钛酸四丁酯（Ti(OC4H9)4）、稀土元素硝酸盐（Ce(NO3)3·6H2O和Zn(NO3)2·6H2O）、乙醇等。

实验设备包括涂膜机、烘箱、马弗炉等。

三、结果与讨论（一）薄膜的制备与表征通过溶胶-凝胶法成功制备出Ce及Ce-Zn共掺杂二氧化钛薄膜。

利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等手段对薄膜进行表征，结果表明，薄膜具有较高的结晶度和良好的表面形貌。

（二）光催化性质研究1. 光吸收性能：通过紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）测试了薄膜的光吸收性能。

结果表明，Ce和Zn的掺杂均能提高二氧化钛的光吸收范围，其中Ce-Zn共掺杂的二氧化钛具有更强的光吸收能力。

2. 光生载流子分离效率：通过光电流响应测试和电化学阻抗谱（EIS）分析了薄膜的光生载流子分离效率。

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内蒙古工业大学学报JOURNALOFINNERMONGOLIA第24卷　第1期UNIVERSITYOFTECHNOLOGYVol.24No

.12005

文章编号:1001-5167(2005)01-0037-04掺铈TiO2光催化剂的制备及其光催化性能X

韩秀洁,简　丽,马惠言　张前程(内蒙古工业大学化工学院,呼和浩特010062)

摘要:以TiCl4为原料,稀土盐Ce(NO3)3・6H

2O为掺杂剂,采用水解法制备了

Ce4+掺杂光催化剂,并用TG-DTA、XRD和BET等手段对其进行了表征.以草酸

为目标降解物,考察了其光催化性能.结果表明,Ce4+的掺杂增加了TiO2粉体的比表面积,减小了晶粒尺寸;适量Ce4+的掺入,可有效提高催化剂的光催化活性.关键词:光催化;掺杂;铈;草酸

中图分类号:TQ134 文献标识码:A

0　引　言

TiO

因具有较高的光催化活性、且无毒、价廉及对光稳定等特点,已成为一种重要的、有应用前景

的污水处理光催化剂.为促进TiO2光催化材料的实用化,必须提高其光催化性能.已有研究证明,通过掺杂某些稀土元素可以有效地抑制光生电子和光生空穴的复合,明显影响光催化的活性〔1～4〕.稀土氧化

物CeO2因其具有优良的储/放氧性能和Ce3+/Ce4+氧化还原性能而常被用作催化剂的载体和助催化剂.有研究报道将CeO2用于TiO2光催化剂的改性也能有效提高其光催化活性〔5〕,但有的研究却得出了

相反的结论〔6〕.本文采用TiCl4水解法制备了不同掺铈量(以CeO2的质量分数计)的Ce4+掺杂光催化剂,考察了Ce4+掺杂对TiO2催化剂的物化性质及其光催化性能的影响.

1　实验部分1.1　催化剂的制备将Ce(NO3)3・6H2O、聚乙二醇(PEG)在去离子水中加热溶解,冷却至室温后倒入冰浴的三口烧瓶中.四氯化钛通过滴液漏斗缓缓滴入烧瓶,同时剧烈搅拌.滴加完毕后用体积比为(VNH3・H2O/VH2O

=1∶

3)的氨水调节pH值,将得到的胶状沉淀离心过滤,用去离子水反复洗涤至无Cl-被检出.用无水乙醇充

分置换出沉淀中的水分后在恒温箱中热存.然后分出固相在红外灯下干燥,高温炉中500℃下焙烧,得到Ce4+掺杂TiO

光催化剂.

1.2　催化剂的表征催化剂样品的晶相分析采用德国D8Advance型X-射线衍射仪,Cu靶,Ni滤波,管压40kV,管流40mA,扫描范围为20～80°,连续扫描方式;用日本Shimadzu岛津公司DTG-50/50H型差热-热重分析仪测定样品的差热-热重曲线,扫描温度范围室温～900℃,升温速率为10℃/min,空气气氛.用ASAP2000B比表面积仪测定催化剂的比表面积和孔结构.1.3　光催化活性评价

X收稿日期:2005-11-16基金项目:内蒙古工业大学重点研究项目(ZD

200313)

作者简介:韩秀洁(1980～),女,内蒙古工业大学硕士研究生.研究方向:稀土光催化.催化剂活性用光催化降解草酸的转化率来评价.反应在自制光反应器内进行,内置空气鼓泡器,光源为波长254nm的紫外杀菌灯.将一定浓度的草酸溶液500ml放入反应器中,加入适量催化剂,空气鼓泡,紫外光照射.采用KMnO4滴定法检测反应前后草酸浓度C0、Ct,用下式计算草酸转化率:

G=C0-Ct

×100%

2　实验结果与讨论2.1　掺铈对催化剂物化性能的影响2.1.1　TG-DTA分析图1为纯样品和掺铈量m(CeO

)=1%样品干凝胶的TG-DTA曲线.

图1　样品干凝胶的TG-DTA曲线(a)m(CeO2)=0,(b)m(CeO2)=1% 两个图中在267.0℃、265.2℃出现的强放热峰为置换水分时所用的有机溶剂残留物燃烧所致.在396.5℃和384.4℃出现的较小放热峰为无定型向锐钛矿型的转变.同样制备条件下,Ce4+掺杂后的

TiO2初始晶化温度提前,说明掺铈促进了样品由无定型向锐钛矿型的转化,这个结论也可通过表1中的数据证实.表1　晶化温度与掺铈量的关系

m(CeO2

)/%00.51.03.08.0

晶化温度/℃396.5394.8384.4354.8344.1 此外,在Ce4+掺杂TiO2的DTA曲线上看不到明显的相转变放热峰,表明锐钛矿晶型向金红石晶型的转变是一个逐步渐变的缓慢过程〔5〕.

2.1.2　XRD分析图2是不同掺铈量、500℃下焙烧2h样品的XRD图,a、b、c、d、e、f分别代表纯TiO

以及掺铈量

分别为m(CeO

)=0.5%、1%、3%、8%和11%的样品.可以看出,样品共有的衍射峰显示的都是锐钛矿

晶型,证明500℃下焙烧的样品主要晶型仍是锐钛矿型. 从图中可以看出,掺杂量较小的样品,XRD谱图中没有出现CeO2的特征峰.这是由于Ce4+的半径(0.92~)大于Ti4+(0.68~),进入TiO2的Ce4+不易取代晶格位置上的Ti4+,而较易进入TiO2晶格的间隙位置.随着Ce4+含量的增加,不能进入间隙位置的Ce4+就会附着在TiO

2表面,形成CeO2

微晶粒

子.因此,图中掺铈量为m(CeO

2)=3%、8%和11%的样品在2H等于28.7°处出现了微弱的CeO2

的特

征峰,XRD谱图显示为方铈矿立方晶相.

38内蒙古工业大学学报2005年此外,随着掺杂量的增大,样品的峰形明显宽化,而且随着掺杂量的增加XRD衍射峰强逐渐减弱,这说明掺杂后在一定程度上阻抑了TiO

的结晶度.

表2分别给出了不同掺铈量下催化剂样品的晶粒尺寸和比表面积.其中样品的晶粒尺寸由样品XRD谱图最强衍射峰(101)晶面的半高宽B,由X-射线衍射仪的随机软件用谢乐(Scherrer)公式d=KK/B(cosH)计算求得.2.1.3　样品的粒径和比表面积

图2　不同掺铈量样品的XRD图

从表中结果可以看出,随着掺杂量的增加,晶粒尺寸和比表面积先增大而后减小,可以认为该现象是Ce元素的掺杂对TiO

2晶格的成长产生了影响.Ce元素优先富集在TiO2

的表面缺陷上,限制了体系

中离子的迁移,从而阻抑了TiO2晶粒的长大,保持了较高的比表面积.在一定掺杂量范围内,掺杂量越大这种抑制作用也就越大.但随着掺杂量的进一步提高,会生成掺杂离子的氧化物游离相,从而堵塞TiO2

的部分细孔,造成样品的比表面积开始下降〔7〕.

2.2　铈掺杂对催化剂光催化性能的影响图3给出了掺铈量与光催化草酸的降解率的实验数据. 从图中可以看出,随着掺铈量的增加,草酸的降解率先增大后减小,掺铈量为m(CeO

)=1%左右

时达到最大.铈掺杂降低了TiO

晶粒尺寸,增大了

颗粒的比表面积,有利于其活性提高.另外,在紫外光照射下,Ce4+能够捕获光生电子生成Ce3+,电子

被捕获后难与空穴复合,从而有效促进电子与空穴的分离,提高了TiO2的光催化能力.但掺杂量过多,Ce4+在TiO2的表面堆积引起的不均匀性不利于电

荷载流子的界面传递,又使催化剂的活性降低〔8〕.

图3　不同掺铈量下草酸的降解率

3　结　论采用TiCl4水解法制备的Ce4+掺杂TiO2光催化剂,500℃焙烧主晶相为锐钛矿.随着掺铈量的增加,TiO2初始晶化温度降低,说明掺铈促进了无定型向锐钛矿型的转化.铈掺杂细化了晶粒,增大了催化剂的比表面积,对提高催化剂的活性有利;但掺杂量过多,Ce4+在TiO

的表面堆积引起的不均匀性不

利于电荷载流子的界面传递,又会使催化剂的活性降低.

39第1期韩秀洁等　掺铈TiO2光催化剂的制备及其光催化性能适量铈掺杂能有效提高对草酸的光催化降解率,掺铈量为m(CeO2)=1%左右时催化剂活性最高.

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PREPARATIONOFCe4+-DOPEDTiO2ANDITSPERFORMANCEINPHOTOCATALYTICREACTION

HANXiu-jie,JIANLi,MAHui-yan,ZHANGQian-cheng(SchoolofChemicalEngineering,InnerMongoliaUniversityofTechnology,Huhhot010062,PRC)

Abstract:NanostructuredTiO2photocatalystsarepreparedbythetitanicchloridehydrolysismethod.Ceriumnitrateisusedasthedopant.ThecatalystsarecharacterizedbymeansofXRD,TG-DTAandBETtechniques.Photocatalyticactivitiesofthecatalystsareevaluatedthroughtheconversionofoxalicacid.Resultsshowthatthespecificsurfaceareaofcatalystsenlargesandtheircrystallitesizelessenswiththeadditionofdopant,whichprovesthatdopingproperamountofCe4+

canenhancethephotocatalyticactivitiesefficiently.Keywords:photocatalyst;doping;cerium;oxalicacid