水热法制备光催化剂TiO2

二氧化钛复合材料的制备及光催化性能研究黑龙江省巴彦县佳木斯大学 154000摘要本文选用白云母KAl2(AlSi3O10)(OH)2和钛酸丁酯C16H36O4Ti作为原料在水热的条件下制备出了白云母/TiO2复合光催化剂。

通过使用扫描电子显微镜、X射线衍射、红外线光谱分析仪和紫外可见光吸收光谱对其结构进行表征，并研究了复合物的光催化活性。

关键词：白云母/TiO2复合光催化剂；水热合成；光催化1概述1.1 TiO2简介云母是一种表面带有活性基团的层状硅酸铝大分子。

白云母是一种层状矿物，具有高比表面积、强吸附性和良好的化学稳定性。

白云母晶体的切片层可以提供光滑的基底，它的原子级光滑表面易于通过劈开来制备。

为了蛋白质结晶的目的，可以对云母表面进行改性，表面离子可以被各种碱金属离子交换。

改变表面离子对水层的有序性有直接影响，这被称为结构破坏或促进。

除了SFA，表面X射线衍射、原子力显微镜、分子动力学模拟和X射线反射率也被用来确定改性云母及其液体表层的表面结构。

由于白云母的(001)面沿c轴滑动，它可以有两个不同的终端，它们在(010)面上相互成镜像。

二氧化钛是三种不同的多态体：锐钛矿，金红石和板钛矿。

二氧化钛的主要来源和最稳定的形式是金红石。

这三种多态性都可以在实验室很容易地合成。

1.2光催化机理在光照条件下，TiO2表面的超亲水性起因于其表面结构的变化。

在紫外光照射下，TiO2价带电子被激发到导带，电子和空穴向TiO2表面迁移，在表面生成电子空穴对，电子与Ti反应，空穴则与表面桥氧离子反应，分别形成正三价的钛离子和氧空位。

此时，空气中的水解离吸附在氧空位中，成为化学吸附水（表面羟基），化学吸附水可进一步吸附空气中的水分，形成物理吸附层。

2实验步骤2.1酸处理白云母称取5 g白云母放入三口烧瓶中，加入浓度为20%的稀硫酸150 mL，在水浴锅中80℃搅拌25 min，冷却至室温，用去离子水洗涤至中性，且用0.1mol/L氯化钡溶液检测不出SO42-，放在80℃烘箱中干燥备用。

N掺杂TiO2纳米晶：水热．热分解法制备及光催化活性第1期2007年1月无机化学CHINESEJOURNALOFINORGANICCHEMISTRYV o1.23No.1Jan.,2007N掺杂TiO2纳米晶:水热.热分解法制备及光催化活性包南孙剑张锋马志会刘峰(山东大学环境科学与工程学院,济南250100)摘要:以钛酸四丁酯和氨水为原料,通过水热法制得层状钛酸铵前驱体,并在400℃下对其进行热分解,制得了N掺杂的锐钛矿TiO纳米晶.紫外.可见漫反射谱图显示,N掺杂后产物的吸收边红移至550nm左右,禁带宽度减小至2.25ev.结合X射线衍射,x射线光电子能谱,红外光谱及热重分析等表征手段,分析了前驱体的制备和热分解条件,产物的晶型转化和表面结合态及其与光催化活性的关系,探讨了层状钛酸铵的形成条件和N掺杂作用机理.本工作条件下,以氙灯为光源,水中活性艳红x.3B为探针的光催化结果表明,辐射40minX.3B的降解率为99.4%;加装紫外滤光片后,辐射120min降解率为97.8%.关键词:二氧化钛;N掺杂;水热法;钛酸盐中图分类号:O613.61;O614.41;TB383文献标识码:A文章编号:1001-4861(2007)01.0101.08N-dopedTiO2:PreparationbyHydrothermalReaction-thermolysisProcessandPhotocatalyticActivityBAONanSUNJianZHANGFengMAZhi—HuiLIUFeng (SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,ShandongUniversity,2501oo) Abstract:N—dopednanocrystalTiO2anatase)powderswerepreparedbycalcininglayeredtitanateprecur sorat4OOoC.Theprecursorwasobtainedviaone.stephydrothermalreactionusingtetrabutyltitan ateandammoniawater.UV—Visdiffusereflectancespectroscopy(DRS)resultsshowthattheabsorptionbandoftheN.dop edproductsisshiftedto550nmandthebandgapisreducedto2.25eV.Thesamplewascharacteriz edbyX.raypowderdiffractometry(XRD),X—rayphotoelectronspectroscopy(XPS),}-T—Infraredspectroscopy(}-TIR),thermo gravimetricanddifferentialthermalanalysis(TG—DTA,f0rthepreparationandthermolysisconditionsoftheprecursor,thecrystalphasesandsurfacebindingstateofproducts,andtheircorrelationswithp hotocatalyticactivity.TheformationconditionsforlayeredammoniumtitanateandthemechanismforN.d opedprocesseswerealsodiscussed.111eXenon—lightphotocatalyticdegradationwithliquidX.3Basaprobereactiondemonstratesthat,afterirradiationfor40min,theremovalrateis99.4%;afterirradiationwithUVfilterfor12 0min.theremovalrateis97.8%.Keywords:titania;N—doping;hydrothermalprocess;titanate自从1972年.Fujishima和Honda发现在半导体TiO2电极上将水光解成H2和02之后【ll,TiO2因具有良好的化学稳定性,机械稳定性,耐光腐蚀,低廉无毒等特性而被广泛地应用于抗污涂料,杀菌,太阳能敏化电池和光催化处理环境污染物等众多领域【.然而,作为一种宽禁带半导体,传统的TiO:只有在波长不大于387nm的紫外光照射下才具有光激发活性.而太阳光中紫外波段部分的能量仅占全部太阳能的5%左右.绝大部分可见光的能量(45%左右)尚未得到充分利用.为此,拓宽TiO:可见收稿日期:2006—08.09.收修改稿日期:2006.10-05.国家高技术研究发展"863"计划课题(No.2oo3AA60lo6o.0l删及山东大学校青年基金(No.11440o53l87025)资助项目.通讯联系人.E.mail:**************.cn第一作者:包南,男,44岁,硕士,副教授;研究方向:水处理功能材料的制备与应用.无机化学第23卷光响应的制备与改性技术研究,已成为光催化技术突破实用化瓶颈的一大热点.不少研究者借助过渡金属离子的掺杂[4,51,贵金属沉积16,71,半导体复合嘲和半导体光敏化[91等手段将TiO,光响应范围拓展到了可见光区,但目前这些方法不同程度地存在着诸如光能利用率较低,载流子的复合中心增多以及成本较高等弊端.2001年,Asahi等【l01在Science上报道了非金属氮替代少量晶格氧并促使TiO,的带隙变窄.为具有较高可见光催化活性TiO,的制备提供了全新的思路.从此以N为代表的非金属TiO,掺杂开始引起国内外学者的普遍关注Ill～141.目前N掺杂TiO2制备研究较多的是气相法和液相法.Asahi等以NH/Ar的混合气体为氮源,商品TiO,做钛源,经过600oC高温氮化得到TiOz_~N粉末,该催化剂在波长为400～6OOnm范围内的光响应明显增强Ihara等则以浓氨水为氮源,将其加入到Ti(SO4)溶液中,形成沉淀后并清洗so?一.最后在400oC下加热1h.同样成功制得了N 掺杂TiO.此外,磁控溅射法,脉冲激光沉积法等掺N方式亦见诸报导近年来国内外的研究成果表明.广谱高效和宽频响应的掺N光催化剂制备新工艺的研究.既是当前的研究热点也是未来应用的方向.本工作通过低温水热法首先制得层状的钛酸铵.经热分解后,制备了紫外一可见宽频及可见光响应俱佳的N掺杂锐钛矿型TiO,纳米晶.以水中活性艳红X一3B的光催化降解为探针.评价了其光催化活性:采用多种表征与测试手段对制备条件与前驱体的结构形态及产物的光催化活性进行了关联结果表明.在本实验条件下钛酸铵前驱体的形成是获得高活性光催化剂的关键所在.该前驱体具有避免N元素流失的"固氮作用"和热分解诱导晶化的双重功用.所提出的N掺杂工艺具有简单高效的特点1实验部分1.1N掺杂二氧化钛的制备量取一定量的钛酸四q-~(C.P.),磁力搅拌下,控制滴加速度1mL.min～,将25%的浓氨水(C.P.1按N/Ti=5:1(物质的量比1的比例缓慢滴入,将形成的白色乳浊液转移到以聚四氟乙烯为内衬的水热反应釜中(有效容积为50mL),填充度80%,于不同水热温度(120,150,180℃1下保温8h,产物用去离子水和无水乙醇离心洗涤数次.经80℃真空干燥4h后得到的白色粉末为焙烧前样品,标记为NT.HT,HT代表水热反应温度.将水热产物在不同温度下焙烧2h.形成的最终产物记为NT.HT.CT,CT代表焙烧温度.为比较.用去离子水替代浓氨水在相同条件下反应,制得了不掺氮的纯TiO2样品,记为PT.HT. CT.1.2N掺杂二氧化钛的表征采用D,IⅥAX.rA型X射线衍射仪(Rigaku, Japan)对样品进行物相分析,工作条件为:CuKot射线fA:0.15418nm1,Ni滤波片,激发衍射光的电压和电流分别为40kV和70mA.扫描角度5~-70o.扫描速度10~.min-1用PHI5300型X射线光电子能谱仪(PHI,USA)分析样品中N和O的结合态,激发源为A1Kct射线.功率为250W,工作时基础真空为2.7×10-7Pa.电子结合能用污染炭的C1s峰f284.6eV)校正.用UV.3100型紫外可见分光光度计在200～800nm范围内,以标准BaSO为参比,用积分球漫反射的方式测定粉体的漫反射谱.用Q600型SDT同步热分析仪(A)进行热性能测试,升温速度为10oC.min～,N2气氛.采用Aratar型红外光谱仪(Thermo.Nicolet,USA1,以KBr压片法测定样品的红外光谱图1.3光催化活性的评价采用LP一10o0A型氙灯f上海蓝晟电子有限公司)来模拟太阳光源,通过加装JB400型滤光片f上海有色光学玻璃厂1滤去40Onm以下的紫外光,分别测定并比较紫外可见光全波段和单纯可见光波段各样品的光催化活性实验在悬浮相反应器中进行,悬浮溶液150mL,催化剂投加量为1g.L～,以水中难生物降解的活性艳红X一3B(市售,为探针反应,起始浓度为30mg?L～.将X一3B溶液和催化剂混合后超声处理10min.于暗处静置10min.置于已开启并预热好的氙灯下照射.磁力搅拌下定时取样,经0.45m微孔滤膜过滤后,于最大吸收波长536nm处测定X一3B吸收.外标法定量,并用UV一1601型紫外可见分光光度计(Shimadzu.Japan)进行全波长扫描.同时还做了不加催化剂的光分解实验和与德I$1Degussa公司P25商品粉体的对比实验2结果与讨论2.1XRD分析图1是焙烧前样品和水热得到的NT.150经不第1期包南等:N掺杂TiO纳米晶:水热?热分解法制备及光催化活性lo3 同温度焙烧后的XRD图.由图1(A)看出,焙烧前样品的晶型受水热温度的影响很大:水热温度为120℃时.产物为无定型态,温度上升到150oC,产物为弱结晶度的层状钛酸盐[181(20~-9.4.1,温度继续升高到180℃时.产物则是高结晶度的锐钛矿TiO.Ihara等【认为.钛盐水解产物钛酸作为质子酸能够将NH质子化,使其以NH4+的形式吸附富集在产物表面.本工作中.这种结构经过一定条件的水热反应后.转变成层状的钛酸铵[18,19],这与Rhee等[191最近的研究结果类似.XRD结果表明,层状钛酸铵仅在实验中的150oC水热反应条件下才能形成按文献[201的计算方法.通过Bragg方程2dsin0=A可得到,该层状结构的层间距约0.95nm:由ScheIrer公式D=KA/~cosO估算出其层厚度约22nm由图1fB1则看出,样品NT一150的层状钛酸铵结构随焙烧温度升高而逐渐分解.该过程结束后,锐钛矿相开始形成.晶体逐渐长大,在焙烧温度达到400oC的时候已经完全转变为锐钛矿相.由ScheIrer公式计算得出.此时产物粒径约为15am.随后.焙烧温度升高到600oC时,开始出现少量的金红石相.而经800oC焙烧后,产物全部转化为金红石相.XRD分析表明,与NT一150相比,NT一120和NT.180经400℃焙烧同样可形成晶型完整的锐钛矿Ti()2(图略),但后两者在形成过程中却未见有层状钛酸盐生成.初步说明在120～180oC低温水热条件下.水热温度对N掺杂产物的形成机理有微妙而显着的影响20/(.)20/(.)(A)As'synthesizedsamplesatdifferenthydrothermaltemperatures;(B)NT-150calcinedatd ifferenttemperatures图1N掺杂样品的XRD图Fig.1XRDpatternsofN—dopedTiO22.2UV—VisDRS漫反射光谱分析.图2(A)给出了以NT-150为前驱体.分别经400,600及800oC焙烧后产物的DRS谱图不难看出,与NT一150及不掺N的PT一150-400相比.焙烧后掺N的产物出现了不同程度的红移现象.而其中尤以样品NT一150-400为甚.该样品在紫外区和可见光区均出现了具有相对最大吸收的新吸收带.最大吸收边扩展至550am左右.此时样品系黄色粉末.相比之下,经600oC和800oC焙烧后产物的吸收边仅在近紫外区有红移.且样品表观的颜色较浅,分别为浅黄色和白色.结合XRD分析结果.产物经400oC后,在由无定型转变为锐钛矿相的过程中,可形成具有可见光响应的某种含N的黄色结构物质[211,这可能是NH在整个制备过程中挥发流失少而大量参与有效掺N的外在表象反观600℃以上的高温条件下.则可能因伴随着金红石相的出现.使该结构受到破坏利用光量子能量方程E=hclA.推导出了带隙宽度Eg(eV)与入射光波长A(am)之间的关系式E= 1239.8/A,并将波长与反射率的关系图转换为带隙宽度与反射率的关系图[图2(B)].由图可知,掺N样品NT一150_40o的带隙宽度较之未掺N的样品一1O4无机化学第23卷图2N掺杂样品的漫反射谱图(A)与带隙宽度变化图(B) Fig.2DRS(A)andbandgapcurves(B)ofN-dopedTi02150-400明显降低,由3.2eV降低至2.25eV.目前关于TiO,的N掺杂机理尚存在很大争论,大致可概括为3种观点:(1)轨道杂化说【删:N与O的轨道杂化,形成新的杂化轨道并取代了原来的价带,使禁带宽度变小;(2)独立能级说:由于氮的掺杂.在原导带和价带之间形成了新能级,使光激发过程转变成2个连续过程.且每个过程需要的能量大大降低,从而响应可见光;(31氧空位说【?5】: TiO,在含氮的还原性气氛中焙烧产生了可见光活性源氧空位,掺杂可以保持TiO的稳定性.我们认为.在本工作的实验条件下氧空位结构的形成有可能是N进入TiO的晶格的重要前提.焙烧过程使得钛酸铵前驱体在诱导晶化的同时.热分解重新生成N,继而后者分解为和H【,H分解产生的活性H原子发挥还原剂的作用[251,将TiO部分还原并产生表面氧空位.为了保持TiO结构上的稳定性,N元素吸附在TiO表面之后,在一定焙烧温度下易占据TiO晶格中的氧空位,从而实现N的有效掺杂.图2(B)进一步说明,在N掺杂的过程中.带隙能的减小与氧空位的形成是同时进行的.2.3XPS分析图3给出了样品NT.150.4OO及其前驱体NT.150的XPS谱图.由图可知,NT.150样品的Nls特征峰以及NT-150-400的O1s特征峰均为非对称的宽峰.说明粒子表面N和O的物种并非是单一形式.对N,O元素分别进行了Gaussian多峰拟合处理,结果发现.Nls谱图中较强处的峰位于401.8eV,它对应于NH4+中的N原子的结合能,而位于399.7eV较弱的峰则可归属于由Ti与N结合形成的Ti.N键中N原子的特征峰[261.说明铵盐是焙烧前样品表面N的主要存在形式【.而焙烧400oC后,图3N掺杂样品表面N和O的X射线光电子能谱图Pig.3XPSspectraofNand0forthesurfaceofN-dopedTiO2一.0置Is薯口一^.0扫Is口口一第1期包南等:N掺杂TiO:纳米晶:水热一热分解法制备及光催化活性105 NH4+的N1s特征峰消失,与Ti结合的N(399.3eV)成为表面N的主要存在形式.XPS半定量结果显示.N与Ti的物质的量比约为5_4%,即N原子在TiO2~N中的物质的量分数约为1.8%.Nls谱图证实.经400℃钛酸盐热分解得到的TiO样品确实形成了N的有效掺杂.NT-150—400样品的Ols谱图则显示.位于530.3eV处的Ols特征峰可分解为位于530.1eV和532.3eV的两个特征峰.二者分别归属于TiO和TiO中的氧,且大部分的氧存在于TiO中,仅有少量的氧以Ti2o的形式存在,Ti2o的出现也证明了氧空位的存在.综上.在样品NT一150—400的制备过程中,水热和焙烧阶段均因氨的分解产生了含H,的缺氧环境.相继分步产生了少量Tia+~与N原子结合形成Ti—N键.而钛酸铵前驱体的存在及其热分解有利于N元素高度分散于结晶良好的锐钛矿TiO的晶格中.2.41-G—DTA及FTIR分析焙烧前后样品的红外光谱如图4(A1所示.谱图中3400cm和1630cnl处的2个吸收峰.分别归属于TiO,结合水中O—H键的伸缩振动和弯曲振动而3145cnl和1400cm处的2个特征峰.分别对应于NH4+的伸缩振动和弯曲振动.焙烧前NT一150中N元素主要以NH:的形式存在于水热生成的钛酸铵中.随焙烧温度升高,O—H与NH4+的上述特征峰同步减弱,标志着二者逐渐减少.焙烧温度达到40O℃时,钛酸铵完全分解,NH4+的特征峰已基本消失谱图中750～400cm—i处的峰包是TiO和Ti—O—Ti键的伸缩振动特征峰.其中焙烧前的曲线a.峰形相对尖锐.这是样品富含钛酸盐的一个旁昌氤'g≥证[271.而200～400oE之间,随温度升高响应的b,C,d 曲线依次宽化.进一步解释了钛酸盐的逐步分解.至400oE.该低频吸收峰明显宽化,同样表明钛酸盐业已完全分解而得到N掺杂TiO.图4(B)为NT150的TG—DTA曲线,从TG曲线上看.样品失重过程大致分为3个阶段.第一个失重阶段(22～165℃1失重较快.对应于DTA曲线上95cC左右有一个较大的吸热峰.表示包括水和氨等小分子吸附质的脱除.失重率约18%:第二个失重阶段(165～340℃1则相对平缓.对应于钛酸铵的缓慢分解过程.失重率约4.8%.这与红外谱图分析结果一致;最后一个失重阶段(340～450oE1已不明显,失重率仅1%.此阶段可归结为2个过程:剩余NH]热分解为和H,对应于DTA曲线上390oE左右有一个较小的放热峰,则将部分TiO还原,产生氧空位并形成非化学计量的氧化钛TiOf3](~llTi20 TiO等1,N进人其晶格并完成掺杂过程.此外,铵盐的热分解逐渐诱导无定型TiO,晶化为锐钛矿晶型.450oC附近出现的明显放热峰揭示晶化过程基本完成DTA曲线上锐钛矿向金红石相转变的放热变化依稀可辨.说明此相变热效应较小且相变温度较宽【l3J.结合XRD可知.前驱体的焙烧温度控制在400～450oE可望获得结晶完好的掺N锐钛矿TiO. 依据红外谱图和热分析结果.我们判断钛酸铵的受热分解首先是其层状结构的破坏.同时缓慢释放出NH,.虽然非封闭的加热体系容易使NH挥发逸失.但钛酸铵的形成则可将大量来源于原料分子态NH1的N元素以NH4+的形式富集于其固相中, 热分解过程中伴随着铵盐的分解,在诱导TiO,晶化【的同时又重新释放出NH.从而有效防止了N图4样品的红外光谱与热分析图Fig.4grIRspectraandTG-DTAcurvesofN-dopedTiO2106无机化学第23卷源的过早逸失.与前驱体NT一150相比.NT一120为无定型态.作为氮源的分子态NH只能部分吸附在其表面.随温度升高逸失较快.可能还未达到N的分解温度即大量逸失;NT一180为锐钛矿TiO,原料分子态NH难以吸附在其晶体表面而N元素同样难以进入其晶格.对比以上不同水热温度下的实验结果.我们认为钛酸盐的形成起到了中途的"固氮"作用.对有效的N掺杂十分有利.本文试图通过图5示意样品NT一150—400的掺N过程.即以150℃水热产物为前驱体.通过焙烧处理.在终温为40O℃的升温过程中.产物依次历经层状钛酸盐,非层状钛酸盐,无定型TjO和N掺杂锐钛矿TiO.其制备过程中可能存在如下反应:(NH4)2Ti3O72NH3T+H2TiO7H2TiO7—3TiO2+H2O2NH3N2t+3H2tTiO2+H2_+Ti5O9Ti4O7_+Ti3O5Ti203)TiO+N2—TiO2—LowCalcinationtemperatureHighRoomtemperature165℃340℃390℃4o0℃图5样品NT-15O.400的N掺杂过程示意图Fig.5SchematicforNT一150-400N—dopingpmcesses 2.5光催化活性评价控制反应液表面可见光光强490mW.cm'2r台湾产tIES一1339型照度计测定1.在紫外可见全波段的氙灯光源照射和不同催化剂作用下.水中X一3B的光催化降解结果如图6fA1所示.图中的空白实验是相同条件而未加催化剂的情况.表明X一3B的自身光分解很不明显.显而易见的是.经过400℃焙烧处理的掺N样品.其光催化活性均高于未掺N的g纯TiO2.其中又以样品NT一150—400的活性最高.光催化反应40min后.即可达99.4%的降解率.与商品P25粉体相仿.表明在与太阳光有效光谱接近的全谱氙灯照射下.水热150℃制得的样品光催化活性优良且光谱适应性宽泛:控制反应液表面"剩余"紫外光光强10mW?cm-2(台湾产TN一2340型照度计测定),在滤去紫外光的可见光源和不同催化剂作用下,水中X一3B的光催化降解结果如图6fB1所示.可(A)X-3BDegradationcurvesunderXenon—light;(B)X一3BDegradationcurvesundervisiblelight图6不同样品对X.3B的光催化降解曲线Fig.6PhotocatalyticactivityofdifferentN-dopedTiO2samples0U\U.皇譬鼻=0∞n.)(第1期包南等:N掺杂TiO纳米晶:水热一热分解法制备及光催化活性107以看出,上述样品的光催化活性顺序与图6(A1完全一致尽管可见光下因加装紫外滤光片而使光强减弱.但具有最佳光催化活性的NT一150—400样品在历经120min光催化后,降解率仍可达97.8%,从而进一步说明水热150oC保温8h.并经400oC焙烧2h是本文最佳的掺N制备条件.其在可见光区同样具有很高的光催化活性由于可见光几乎不能使纯TiO,激发,因而NT一150—400所具有的可见光活性是由于N的有效掺杂所致,这与前述表征一致.为进一步探讨N掺杂TiO,的光催化反应机理,以NT一150--400为光催化剂,对X一3B溶液的降解过程进行了紫外可见全波段扫描.图7为可见光光催化反应不同时刻溶液吸收光谱.可以看出,X一3B水溶液主要有5个吸收峰.其中450～580nin处宽化的吸收峰是由其分子中的共轭结构引起的.它使X一3B呈现特有的红色:370nm附近微弱的吸收峰归属于分子结构中氮一氮双键的吸收:其余短波紫外区的3个峰则对应于苯环和萘环的吸收随着反应的进行,X一3B的光谱吸收同步下降.反应2h 后.其在可见区及近紫外区的两个特征吸收峰接近消失.且长波区吸收降低的幅度更大,说明X一3B光催化的脱色反应基本完成尽管溶液在200～350nIn处的几个吸收峰强度也相应减弱但却并未彻底消失,说明在实验条件下.X一3B的共轭结构和氮一氮双键首先被光催化过程中产生的.OH等强氧化剂所破坏.但完全矿化前可能生成了一些更难降解的无色中间产物.这与文献[292o1等报道的纯锐钛矿TiO, 在紫外光辐照下光催化降解规律一致.但本文在最佳工艺条件下制备的光催化剂不仅对宽频的全波段光谱,而且对可见光激发均有良好的响应.图7X.3B在可见光催化氧化过程中的吸收光谱Fig.7UV—VisspectraofX-3Bundervisiblelight3结论(11采用水热一热分解法制备了N掺杂TiO纳米晶.焙烧前的前驱体物质形态与水热温度密切相关:较低时的120oC形成无定型结构,较高时的180℃则直接得到锐钛矿TiO,只有在150oC时生成层状钛酸铵f21钛酸铵前驱体经400oC热处理后可获得黄色的N掺杂TiO纳米晶.其吸收边自未掺N时的387nm红移至可见区的约550nm.主要原因可能是N掺杂形成的氧空位导致TiO,禁带宽度变窄(31层状钛酸铵前驱体的形成对TiO的N掺杂至关重要.一方面可以起到"固氮作用",使焙烧前的N源以NH4+的形式固定其中;另一方面,在焙烧过程中可通过诱导晶化和热分解缓慢释放N元素.并促其有效地掺人到TiO,晶格中.水中X一3B的光催化降解实验表明.经该前驱体所制备的锐钛矿型N掺杂TiO的光催化活性最高,是一种宽频和可见光响应俱佳的光催化剂参考文献:【1】FujishumaA,HondaK.Nature,1972,238(5358):37-38 【2】OReganB,GratzelM.Nature,1991,353(6346):737-740 【3】WangR,HashimotoK,FujishumaA,eta1.Nature,1997,388 (664o~I:431-432[4]WangJ,UmaS,KlabundeKJ.App1.Catd.:Environ,21104,48(2):151-154【5】Y amashitaH,HaradaM,MisakaJ,eta1.Catd.Today,21103, 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溶剂热法制备二氧化钛光催化剂研究摘要：目前，环境污染日益严重，光催化技术的应用引起人们的广泛关注。

具有高催化活性、高稳定性、无二次污染等优点，在众多的光催化剂中备受TiO2瞩目。

本文采用溶剂热法制备出TiO光催化剂。

采用SEM、TEM、XRD和FT-IR等手2光催化剂的物理性能进行表征与分析。

以甲基橙溶液的光降解反段对所制备TiO2应为探针反应，分别考察溶剂种类、反应温度、反应时间和焙烧温度等因素对TiO形貌和光催化性能的影响，得到其较佳的制备工艺条件。

2剂制备出光催化剂，其形貌为球形颗粒，表研究结果表明：以乙醇为溶TiO2晶型为锐钛矿相与金红石相的混晶，其平面光滑，粒径均匀，无团聚现象。

TiO2均粒径为28.8 nm。

光催化反应时间为210 min时，甲基橙溶液的降解率可达94.1%。

以异丙醇为溶剂制备出TiO光催化剂，大多数为球形颗粒，表面光滑，有轻2微团聚现象。

其晶型为单一的锐钛矿相，平均粒径为18.2 nm。

光催化反应时间为210 min时，甲基橙溶液的降解率可达91.5%。

采用乙醇和异丙醇均可制备出性能优异的TiO光催化剂，较佳的溶剂热反应2温度均为200 ℃，较佳的反应时间均为12 h。

以乙醇为溶剂时，较佳的焙烧温度为650 ℃；而以异丙醇为溶剂时，较佳的焙烧温度为400 ℃。

以乙醇为溶剂球形度更大，颗粒更加规整，分散性更好，催化性能更好。

以异丙醇制得的TiO2为溶剂制得的TiO，晶粒较小，焙烧温度更低，也更易制备。

2；光催化剂关键词：溶剂热法；TiO2光催化剂的制备方法TiO2TiO2的制备方法主要有气相法和液相法。

气相法是指直接利用气态原料或将原料转变为气体，在气态下发生物化反应，然后骤冷使之形成颗粒的方法。

气相法制备的TiO2纯度高、分散性较好，适用于催化剂材料的制备，但对反应器形态、设备材质、加热方式等有较高要求，目前很难达到工业化要求。

与气相法相比，液相法生产成本低，在常温下进行液相反应，工艺过程简单易控制，容易制备粒子，已经被广泛应用，其特点是容易控制成核，使成分组成均匀，容易制得高纯度的复合氧化物。