非金属与稀土元素镧共掺杂二氧化钛光催化剂的制备及光催化性能研究

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作者兰茜
来源华东理工大学
出版年2013
摘要
二氧化钛光催化剂由于其高效、价廉、无毒、稳定等优点,在空气净化、环境治理、光解水制氢、废水处理等环保领域得到了广泛的研究和应用。然而,现阶段对于Ti02的工业推广存在两个挑战。一方面,Ti02的带隙较宽(3.2eV),仅能在紫外光下激发才能发生光催化作用,对太阳光的利用十分有限;另一方面,光量子效率较低,光生电子和空穴易于在催化剂体相和表面发生复合。因此,本论文以提高Ti02对可见光的吸收和光催化活性为目的,通过La和非金属元素共掺杂技术对Ti02进行改性。本文第二章通过改进的溶胶凝胶法制备镧和硼共掺杂的Ti02光催化剂,通过XRD、 BET、DRS、FTIR、XPS和PL等多种表征手段来探究催化剂的理化性质,对两种元素的掺杂状态进行了分析,并在可见光下降解20mg/L AO7来评价催化剂的光催化性能。实验证明La和B共掺杂存在协同作用,B掺杂引入了新的掺杂能级,使带隙变窄,增强了对可见光的吸收;La掺杂提高了Ti02的热稳定性,且提高了光生电子和空穴的分离效率。在本文第三章中,以硝酸镧为镧源,硫酸铵为硫源,同样采用溶胶凝胶法制备了镧和硫共掺杂的催化剂。S掺杂主要有阴离子S2-和阳离子S4+或S6+两种形式,La掺杂促进了S的掺杂的多样化。S掺杂可以提高热稳定性,抑制TiO2由锐钛矿向金红石的转变。此外,S掺杂使带隙变窄,且在催化剂表面形成的S042-可以有效捕获光生电子,在它与镧掺杂的共同作用下可以大幅度提高光催化活性。

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