双稀土掺杂TiO2光催化剂的制备及性能研究

作     者：柴瑜超 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何丹农;林琳

授予年度：2014年

学科分类：081704[工学-应用化学] 081705[工学-工业催化] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 070301[理学-无机化学] 

主      题：纳米TiO2 光催化 掺杂 稀土元素 

摘      要：纳米TiO2作为一种功能性半导体材料，在环境保护、光电转换、工业催化等领域有着广泛的用途。然而，光谱吸收范围窄、光量子效率低限制了TiO2的实际应用。如何拓宽光谱响应范围和提高量子效率，对提高光催化活性具有重要的意义。本文选取了稀土元素La和Gd对TiO2进行掺杂改性，首先通过溶胶凝胶法得到共掺杂的最佳配比，随后通过其他制备方法进一步优化光催化性能，具体研究内容如下： （1）首先，采用溶胶凝胶法制备稀土La和Gd单掺杂TiO2纳米颗粒，确定了最佳的单掺杂量分别为2.0%和0.4%（摩尔比）;在此基础上制备La-Gd/TiO2纳米颗粒，考察了不同参数制备产物的光催化性能，当最佳掺杂配比为Gd：La：Ti=0.004：0.015：1时，在紫外光下光照30min，对甲基橙的降解率可达97%，是未掺杂的3.2倍;可见光下2h的降解率则达到40%，而未掺杂的几乎没有变化，表明掺杂可拓宽光谱吸收范围，提高对太阳光的利用率。 （2）分别采用P123和尿素作为模板，制备了La-Gd/TiO2微球。P123模板制备的微球，球径约为1.5-3.5μm，探讨了煅烧温度对催化性能的影响：350℃下煅烧2h的样品，紫外光照射20min即可完全降解甲基橙，可见光下2h则能降解83%左右。 尿素模板法制备的微球，球径在100nm左右。研究了合成条件对产物催化性能的影响：在110℃下水热反应36h的样品催化效果最好，可见光下60min能降解80%以上的甲基橙，对可见光的响应能力非常强。 （3）首次采用水热法制备了La-Gd/TiO2纳米管，管径约为15-20nm。在煅烧时产生膨胀效应，管径和长度都有所增加，当煅烧温度达到600℃后，纳米管形貌遭到破坏;煅烧温度对光催化活性的影响为：在500℃下煅烧的产物在可见光下照射210min对罗丹明B的降解率即可达71%，比未煅烧的样品提高了2倍。