【正文】 （2）目前大多數(shù)都只是單一金屬元素?fù)诫s,為此我們有目的地選擇摻雜2種或2種 以上的金屬離子或金屬與非金屬的共同摻雜,或許可進(jìn)一步提高 TiO2的可見光催化活性。通過溶膠凝膠和熱處理的方法制備了Fe、Cu、Ag、Zn摻雜TiO2粉末，以制備的摻雜TiO2粉末為催化劑，在紫外光照射下降解甲基橙，并考察了不同金屬摻雜、照射時(shí)間對降解率的影響。 不同金屬摻雜的影響及優(yōu)選不同金屬摻雜對催化降解率η的影響如圖32圖32不同金屬摻雜的影響 從圖32得出，在該條件下，F(xiàn)e、Cu、Zn、Ag摻雜中，F(xiàn)e摻雜的最終催化降解率最高。在實(shí)驗(yàn)之初，選取pH=3為催化的酸度條件。本研究選用的加水量，其摩爾比為鈦酸丁酯的2倍?？刂拼见}水解、縮聚的條件是制備高質(zhì)量溶膠的前提。 凝膠的制備及條件的選擇 TiO2凝膠的制備①A液的配制：量取V ml Ti(OC4H9)4液體，邊攪拌邊將其滴入到4V ml的無水乙醇中，得到A液。360nm。；雜；測量精度：；最小可讀步長：低角度分析能力：；測角儀半徑：240mm；2θ范圍：40~170o721A型紫外可見分光光度計(jì)：主要技術(shù)指標(biāo):波長范圍：330－800nm；波長準(zhǔn)確度：177。摻雜可在半導(dǎo)體表面引入缺陷位置或改變結(jié)晶度，影響電子與空穴的復(fù)合或拓展光的吸收波段，從而提高TiO2的光催化活性。TiO2半導(dǎo)體光催化技術(shù)作為一種新型的環(huán)境污染物凈化技術(shù)己經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。 彭麗等證明了摻鐵TiO2薄膜催化劑對于苯的降解優(yōu)于未摻雜的情況。在這樣的背景下，納米Ti02光催化環(huán)境凈化技術(shù)作為高新環(huán)保技術(shù)，在環(huán)境治理方面具有較好的發(fā)展前景，近年來對這一領(lǐng)域的研究也日益突出，這些研究主要集中在廢水處理、空氣凈化、殺菌等方面?？傊?，金屬離子化合價(jià)對 TiO2光催化的影響是很復(fù)雜的。高李 芳柏等發(fā)現(xiàn)在摻入 W6+為2％ 時(shí) ，TiO2光催化活性最高。Choi等通過摻雜 21種金屬元素的TiO2光氧化氯仿和光還原四氯化碳的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，摻入 Fe3＋、Ru3＋、Os3＋等離子對 TiO2光催化活性有明顯促進(jìn)作用，而其它過渡金屬離子如 V3＋、Cr3＋、Ni2＋、Zn2＋、Re5＋等也不同程度地提高TiO2的光活性，而摻入Li＋、Mg2＋、Al3＋、Ga3＋等主族金屬元素則降低TiO2的光活性。認(rèn)為金屬離子摻入TiO2后，改變了TiO2電子能級的結(jié)構(gòu)分布。但銳鈦礦TiO2的帶隙寬度為 ，只能吸收波長小于387nm的紫外光能量，對太陽光能量的利用率僅約4％。(5)反應(yīng)過程易于控制，大幅度減少副反應(yīng)等。鈦醇鹽與水發(fā)生水解反應(yīng)，同時(shí)發(fā)生失水和失醇縮聚反應(yīng)，生成物聚集成1nm左右的粒子并形成溶膠。一旦水核內(nèi)粒子長到一定尺寸，表面活性劑分子將附在粒子的表面，使粒子穩(wěn)定并防止其進(jìn)一步長大。 浸漬法該方法是將TiO2浸漬在一定濃度的雜質(zhì)金屬離子鹽溶液中，然后加入堿液使摻雜金屬離子轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘贇溲趸?，?jīng)燒結(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傺趸?。制備離子摻雜Ti02光催化劑的方法主要有共沉淀法、浸漬法、W/O型微乳液法、固相反應(yīng)法、溶膠凝膠法。因此，合成與制備歷來是材料學(xué)最關(guān)鍵、也最基礎(chǔ)的領(lǐng)域。第二，雜質(zhì)原子替代了氧原子，在TiO2的禁帶中產(chǎn)生雜質(zhì)能級，從而使TiO2具有可見光活性。(4)摻雜可以造成晶格缺陷，有利于形成更多的Ti3+氧化中心。價(jià)態(tài)高于Ti4+的金屬離子捕獲電子，低于Ti4+的金屬離子捕獲空穴，抑制電子與空穴的復(fù)合。 提高光催化性能的改性方法及原理作為一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，TiO2作為光催化材料的應(yīng)用遇到兩個(gè)突出問題，一是如何減少光生電子一空穴的復(fù)合幾率。具體反應(yīng)歷程可如下反應(yīng)式表示:TiO2 + Hν → TiO2(e,h+) ()e + h+ → heat or hν ()h+ + OHad s→ HO而半導(dǎo)體的價(jià)帶電勢應(yīng)比表面電子給體電勢要低(更正)，才能使電子由表面電子給體傳給空穴，電子給體本身發(fā)生光催化氧化反應(yīng)。價(jià)帶中最高能級與導(dǎo)帶中的最低能級之間的能量差叫禁帶寬度(簡寫為Eg)。它的優(yōu)點(diǎn)是:光照后不發(fā)生光腐蝕，耐酸堿性好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對生物無毒性。納米半導(dǎo)體TiO2光催化技術(shù)具有低能耗、易操作、無二次污染等特點(diǎn)，且有望利用太陽能在有機(jī)合成，光解水，環(huán)境治理等領(lǐng)域得以應(yīng)用，顯示了廣闊的應(yīng)用前景。 TiO2光催化的基本原理目前廣泛研究的半導(dǎo)體光催化劑大多數(shù)都屬于寬禁帶的n型半導(dǎo)體化合物，如CdS、SnOTiOZnO、ZnS、PbS、MoOSrTiOV2OWO3和MoSi2等。TiO2作為耐久的光催化劑已經(jīng)被應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域。作為光催化劑，半導(dǎo)體的這種能帶位置應(yīng)滿足熱力學(xué)允許的氧化還原反應(yīng)發(fā)生的條件。光生空穴成為有力的氧化劑 (+～)，它有很強(qiáng)的獲取電子能力，是攜帶光子能的主要部分，可與表面吸附的H2O或OH一離子反應(yīng)形成具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基。HOTi02摻雜主要分為過渡金屬元素?fù)诫s、稀土元素?fù)诫s、非金屬元素?fù)诫s。(2)摻雜形成摻雜能級。 非金屬元素?fù)诫s雖然上述各種方法己經(jīng)研究了很多年，但到目前為止還沒有實(shí)用化。劉守新等使用酸催化水解法制備了N摻雜TiO2納米催化劑，摻雜N后銳鈦礦TiO2的可見光催化活性顯著提高，催化劑的吸收帶邊紅移490nm550nm，對苯酚的降解實(shí)驗(yàn)表明，于500℃焙燒5h制得的催化劑在可見光區(qū)及紫外光區(qū)均表現(xiàn)出較高的光催化活性。上述結(jié)構(gòu)因素的存在及相互作用，決定了納米尺度催化劑的獨(dú)特性能。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是制備條件簡單。它可分為水包油(O/W)型和油包水(W/O)型兩種。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡便，成本低，但缺點(diǎn)是形成粒子顆粒較大，且分布不均。(2)摻雜離子在Ti02晶體中分布均勻。 金屬離子摻雜改性TiO2的原理及影響因素從 20 世紀(jì) 80 年代以來，由于全球性能源危機(jī)和環(huán)境污染的日益加重，如何有效地解決這些問題受到了人們普遍的重視。 金屬離子摻雜 TiO2 的光催化機(jī)理金屬離子摻雜TiO2能提高光催化劑的催化活性，由此人們提出了多種摻雜機(jī)理模型。影響光催化性能因素主要有：摻雜離子的種類、摻雜離子的濃度、摻雜離子的化合價(jià)、摻雜光催化劑的粒徑等。當(dāng)摻入量較少時(shí)，捕獲電子或空穴的淺勢阱數(shù)量不夠，光生電子空穴對不能有效分離，當(dāng)摻雜超過一定濃度后，摻雜離子反而成為電子和空穴的復(fù)合中心，增大電子與空穴的復(fù)合幾率，不利于載流子向界面?zhèn)鬟f。當(dāng)高價(jià)離子取代晶格中的Ti4＋時(shí)，形成 施主缺陷；當(dāng)中間價(jià)離子取代晶格中的Ti4＋時(shí)，形成受主能級，不僅能形成 淺勢俘獲中心，也能形成深勢俘獲中心，從而可以降低電子與空穴的復(fù)合，提高光催化效率。 TiO2光催化技術(shù)在環(huán)境凈化方面的應(yīng)用納米TiO2已在涂料、傳感器、太陽能電池、光催化劑方面有著廣泛應(yīng)用，但更突出的是它在環(huán)境保護(hù)方面的作用。 空氣凈化環(huán)境中有害氣體主要來自于兩個(gè)方面：室內(nèi)有害氣體和大氣污染氣體。劉平等以普通陶瓷為基質(zhì)，將TiO2鍍于其上制成多功能陶瓷，這種陶瓷具有抗菌消毒和表面自清潔雙功能：以油酸為有機(jī)污染物模型進(jìn)行試驗(yàn)，油酸降解率到達(dá)94．6％；以金黃色葡萄球菌為細(xì)菌模型，經(jīng)紫外燈照射15min 殺菌率超過90％，80min后細(xì)菌全滅，無紫外燈照射滅菌效果與此類似。因此縮短催化劑的禁帶寬度使吸收光譜向可見光譜擴(kuò)展和抑制TiO2光生電子與空穴的復(fù)合是提高太陽能利用率的技術(shù)關(guān)鍵。2 實(shí)驗(yàn)方法 設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)流程圖以鈦酸丁酯為前驅(qū)物，無水乙醇作溶劑，鹽酸作pH調(diào)節(jié)劑，通過溶膠凝膠法合成TiO2和金屬摻雜的TiO2凝膠，在不同反應(yīng)條件下分別制備了納米TiO2粉末、金屬摻雜的TiO2粉末（簡寫為M/TiO2），考察了其光催化活性，并對其特性進(jìn)行了表征。(T銀溶液稱取g硝酸銀，用蒸餾水溶解定容至50mL，再取ml定容至ml容量瓶中，此溶液含銀mol/L。⑤制備條件選擇： 樣品的制備是采用溶膠凝膠法，在溶膠一凝膠中，最終產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)在溶液中已初步形成，后續(xù)工藝與溶膠的性質(zhì)直接相關(guān)，因此溶膠的質(zhì)量是十分重要的。當(dāng)C2H5OH量一定時(shí)，凝膠時(shí)間與H2O/Ti(OBu)4的摩爾比之間有一定的關(guān)系，隨水量增加，膠凝時(shí)間明顯縮短，主要是因?yàn)樗康脑黾?，體系中水解和縮聚反應(yīng)速度明顯加快的緣故。 粉末的光催化降解實(shí)驗(yàn)方法反應(yīng)液濃度：取1g/，稀釋