TiO_2锐钛矿晶化度对其光生电荷性质及光催化活性的影响[1]VIP免费

第27卷第1期2010年2月黑龙江大学自然科学学报JOURNALOFNATURALSCIENCEOFHEILONGJIANGUNIVERSITYV01．27N0．1February，2010Ti02锐钛矿晶化度对其光生电荷性质及光催化活性的影响栾云博，薛连鹏，屈宜春，井立强，王文欣，南赫(黑龙江大学化学化工与材料学院，功能无机材料化学教育部重点实验室，哈尔滨150080)摘要：采用溶胶一水热法合成掺杂La、Zn以及La和Zn共掺杂的纳米TiO，。重点调控纳米TiO：的热稳定性及改善锐钛矿相的晶化度，在维持与P25型TiO：具有相似晶相组成条件下，考察锐钛矿相晶化度对光生电荷分离及光催化活性的影响。结果表明，IJa或zn离子的引入能抑制晶相转变过程，且前者的抑制作用明显大于后者，相转变温度从500℃升高至750℃。表面光电压谱证实，锐钛矿相的晶化度越高，光生电荷越易分离。虽然La或zn的引入可以提高纳米TiO，单位面积上的光催化活性，但却不能超过P25的活性。此结果表明锐铁矿晶化度强烈影响光生电荷的性质和光催化活性。关键词：TiO：；离子掺杂；锐钛矿晶化度；光生电荷性质；光催化中图分类号：0643文献标志码：A文章编号：1001—7011(2010)01—0087—040引言TiO：纳米材料因其具有无毒、稳定性好和光催化活性高等优点而被广泛地应用到光催化降解有机污染物和光电转换等领域¨。9J。但是TiO：自身量子效率低而导致其光催化活性不能满足实际需求b“】，限制了该光催化剂的广泛应用。为进一步提高此光催化剂活性，金属离子掺杂是常被采用的有效方法之一。例如，通过掺杂稀土金属离子La、过渡金属离子zn等手段可提高纳米TiO：的光催化活性。光催化活性的提高常被归因于比表面积的增大和电荷分离效率的提高[10-111，但目前对光生电荷分离效率的提高缺乏有力的证据。且在注重增大比表面积的同时，却往往忽略对锐钛矿相晶化度的影响。一般高的锐钛矿晶化度对应着完整的能带结构和少量的表面缺陷，将会促进光生电荷分离【12—31。但至今有关系统地研究锐钛矿晶化度对纳米TiO：光生电荷分离和光催化活性影响的报道较少。表面光电压谱被认为是研究半导体固体材料光生电荷性质的有效方法之一¨4叫引。本文采用溶胶一水热法合成未掺杂、掺杂La、掺杂zn、La和zn共掺杂的纳米TiO：，在维持与国际商品P25型TiO：具有相似晶相组成的条件下，试图调控纳米TiO：的热稳定性进而改变锐钛矿相的晶化度。利用表面光电压谱研究锐钛矿相晶化度对光生电荷分离及单位面积光催化活性的影响。此项研究对设计合成高活性的纳米TiO：等具有重要的指导意义，有助于人们对TiO：光物理过程，如电荷分离、转移等的深入了解。1实验部分实验中所用试剂均为分析纯，水为二次蒸馏水，均未经进一步提纯。1．1样品制备采用溶胶一水热法¨63合成未掺杂、掺杂La、掺杂Zn、共掺杂La和Zn的纳米TiO：。在剧烈搅拌下，将5收稿日期：2009—10—02基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET-070259)；教育部科学技术研究重点项目(207027)；黑龙江省杰出青年科学基金资助项目(JC200701)作者简介：栾云博(1984一)．女，博士研究生，主要研究方向：环境光催化通讯作者：井立强(1973一)，男。教授。博士，博士后，博士生导师万方数据·88·黑龙江大学自然科学学报第27卷mL钛酸四丁酯和5mL无水乙醇的均匀混合液缓慢地滴加到20mL无水乙醇、5mL所需浓度的La(NO，)，或Zn(NO，)：水溶液和1mL浓硝酸的混合液中，继续搅拌1h，获得淡黄色半透明溶胶。将30mL每份的溶胶移至聚四氟乙烯内衬高压反应釜中，在160℃下水热6h，自然冷却至室温，倾去上清液，即得到淡黄色的膏状物。将膏状物在60℃下真空干燥，获得TiO：前驱物。将前驱物在一定温度下焙烧2h，即可得到不同纳米TiO：样品。为忽略金属离子掺杂量的影响，掺杂金属离子的总量为1％(摩尔浓度)。在本文中，将未掺杂的，掺杂1％La，掺杂1％Zn，共掺杂0．5％La和0．5％Zn的样品分别标记为T，LT，ZT和LZT。1．2表征方法采用日本理学公司的D／max一ⅢB型x射线衍射仪(XRD)测试样品的晶型结构和结晶度等，测试条件为：CuKa(A=0．15418nnl)，管电压40kV、管电流30mA；日本岛津公司的uV一2550紫外光谱仪测试样品的漫反射(DRS)光学性能，并用BaSO。...