纳米TiO_2光催化剂的制备、表征及其光催化活性的研究进展

纳米TiO_2光催化剂的制备、表征及其光催化活性的研究进展

第28卷第4期辽宁师范大学学报(自然科学版)Vol.28　No.4　　　　　　　　　　2005年12月JournalofLiaoningNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Dec.　2005　　文章编号:100021735(2005)0420449205

纳米TiO2光催化剂的制备、表征及其光催化活性的研究进展

蔡河山1,　刘国光2,　熊心美2

(1.广东工业大学轻工化工学院,广东广州　510090;2.广东工业大学环境科学与工程学院,广东广州　510090)

摘　要:光催化氧化技术是近几十年发展起来的一项污染治理新技术,具有良好的应用前景.TiO2光催

化作用机理,评述了TiO2光催化剂的制备技术,发展方向.

关键词:机理;TiO2;光催化剂;影响因素;表征;发展

中图分类号:O643　　　文献标识码:A

,也是近年来国内外的一个热点研究领域.1972年,日本的Fujishima和;1976年,Cary报道了TiO2水浊液在近紫外光的照射下可以使多氯联苯脱氯,.1995年Blake列举了300种可以被光催化处理的有机物及42篇有关光催化研究的评述[1～3].TiO2半导体光催化由于具有生物降解所无可比拟的速度快、无选择性、降解完全等优点,又在价廉、无毒、可以长期使用等方面明显优于传统的化学氧化方法,在污染治理方面具有广阔的应用前景.

1　TiO2光催化反应机理

TiO2属于一种n型半导体材料,TiO2的禁带宽度为3.2eV,当它受到波长小于或等于387.5nm的光线照射时,价带中的电子就会被激发到导带上,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+(h+的氧化电位以标准氢电位计为3.0V,比起氯气的1.36V和臭氧的2.07V,其氧化性要强得多),形成电子2空穴对的氧化2还原体系.在电场的作用下,电子与空穴发生分离,迁移到粒子表面的不同位置.

分布在表面的空穴h+可以将吸附在TiO2的OH-和H2O分子氧化成羟基自由基( OH,其标准电极电位为2.80V). OH的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的,能氧化大多数的有机污染物及部分无机污染物,将其最终降解为CO2、H2O等无害物质,甚至能够氧化细菌体内的有机物生成CO2和H2O.另外它还可以与有毒的无机物起氧化反应使其在短时间内失去毒性[4,5].而另一方面TiO2表面高活性的电子e-则具有很强的还原能力,可以还原除去水体中的金属离子.半导体纳米TiO2光催化的基本原理如附图所示.附图所示过程可用如

下反应式表示:

ν→TiO2(e-,h+)　(1)　　ν　　　　　　(2)TiO2+he-+h+→heatorh

-h++OHads→ OH(3)

(5)

(7)

(9)

O2h++H2Oads→ OH+H+O2-+H+→HO2 (4)(6)e-+O2→O2-2HO2 →O2+H2O2H2O2+O2-→ OH+OH-+O2(8)Mn+(金属离子)+ne-→M0ν→2 H2O2+hOH(10)Ar(有机物)+ OH+→CO2+H2O+其他产物

附图　半导体TiO2光催化

氧化反应机理示意图(11)

收稿日期:2004211212

基金项目:广东省自然科学基金团队项目资助(04205301);广州市科技计划资助项目(2005Z32D0281)

作者简介:蔡河山(19792),男,福建漳州人,广东工业大学博士研究生.

刘国光(19632),男,河南汝阳人,广东工业大学教授,博士,博士生导师

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纳米TiO_2光催化剂的制备、表征及其光催化活性的研究进展

450　辽宁师范大学学报(自然科学版)第28卷2　纳米TiO2光催化剂的制备

2.1　物理法制备纳米TiO2粉体

常用的有构筑法(如气相冷凝)和粉碎法(如高能球磨法).低压气体蒸发法、溅射法、等离子法都是气相冷凝制备纳米TiO2粉体的重要方法.这种方法制备的粉体纯度高、颗粒大小分布均匀、尺寸可控.高能球磨法制备纳米粉体的优点是工艺简单、易实现连续生产,缺点是颗粒大小不均匀、容易引入杂质.

2.2　化学法制备纳米TiO2粉体

化学法是制备纳米TiO2粉体的重要方法,可根据反应物系的形态分为固相法、气相法和液相法.常见的纳米TiO2粉体制备方法见表1.表1　制备纳米TiO2粉体的主要方法

制备方法

共沉淀法

沉淀法均相沉淀法

前驱体TBOTTTIP4TiCl4

4)6

TEOT

TiOSO4

TiCl4

TTIP

TTIP

TTIP

TiCl4,TTIP2,粉体为球状低温下制备氧化钛膜单分散600～1000℃煅烧,结晶薄膜电解质影响形貌和团聚体尺寸用羟丙基纤维稳定非水解、醇解

200℃煅烧得到蓝灰色锐钛矿与金红

石的混晶,BET比表面积为80m2/g

解胶后经水热处理,得到25～50nm

氧化钛纳米晶

溶胶2凝胶制备后,水热处理,结晶度好A+无定形A+无定形AA600℃,A1000℃,RR,AA,RA+B喷雾热解法溶胶2凝胶法无定形A,R,B氧化2还原法Ti+H2O2TBOT,TTIP,无定形A,RA,R

水热法TBOTTiCl4　　　　　　　　　注:①TEOT、TTIP和TBOT分别代表钛酸乙酯、钛酸异丙酯和钛酸丁酯.

②A为锐钛矿(anatase),R为金红石(rutile),B为板钛矿(brookite).

3　TiO2光催化剂的表征方法

TiO2光催化剂的各种表征方法,尤其是X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、比表面积测定仪(BET)、紫外2可见吸收/漫反射光谱(UV2VIS/DRS)、X射线电子能谱(XPS)、红外光谱(IR)等在半导体TiO2光催化剂的制备及掺杂改性的机理研究中具有非常重要的意义.TiO2光催化剂常用表征方法见表2所示.

4　影响TiO2光催化剂活性的因素

影响TiO2光催化性能的因素主要有:晶体结构(包括晶型、晶相比、晶格缺陷、晶面等);晶粒尺寸;比表面积;光源(光强与光源发射的波长);反应温度;溶液的pH值;外加氧化剂;催化剂的修饰(贵金属沉积、过渡金属离子掺杂与 …… 此处隐藏：9075字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……