【正文】 19 500 550 600 650 700 7500 .00 .20 .40 .60 .81 .01 .2 Abs? （ nm ）abcdef 圖 真空煅燒的二氧化鈦粉體重復(fù)利用進(jìn)行光催化反應(yīng)的可見光吸收曲線 二氧化鈦粉體 光催化反應(yīng)小結(jié) 二氧化鈦 粉體 的光催化反應(yīng)是本實(shí)驗(yàn)唯一一個(gè)對(duì)二氧化鈦性能探究的部分， 探究了不同溫度及不同熱處理?xiàng)l件 得到的 二氧化鈦粉體 的光催化性能，加上一個(gè)空白對(duì)比實(shí)驗(yàn)，可以得出結(jié)論，二氧化鈦 粉體 對(duì) 亞甲基藍(lán) 溶液的降解有一定的催化作用。 560 630 7000 .00 .71 .4 Abs? （ nm ）abcdefghi 圖 煅燒溫度為 530oC 氮摻雜二氧化鈦降解亞甲基藍(lán)的可見光吸收曲線 :a t=0,b t=30min, c t=60min,d t=90min,e t=120min, f t=150min, g t=180min, h t=210min。其中 a 是氮摻雜二氧化鈦粉體在可見光區(qū)域的吸收曲線， b 是真空煅燒的二氧化鈦粉體在可見光區(qū)域的吸收曲線， c 是在空氣中煅燒的的二氧化鈦粉體在可見光區(qū)域的吸收曲線， a、 b、 c 煅燒溫度相同。 不同溫度下二氧化鈦光催化劑的制備 將上述目標(biāo)產(chǎn)物二氧化鈦的前驅(qū)體分別在 530oC、 550oC、 570oC 時(shí)和相同質(zhì)量的尿素同時(shí)于真空管式高溫?zé)Y(jié)爐中抽真空至 100oC，煅燒 1 小時(shí)，保溫 2 小時(shí)，尿素提供氮源，得到不同溫度下的氮摻雜二氧化鈦粉體。選擇鈦酸四正丁酯作 7 為前驅(qū)物，無水乙醇作為溶劑?？茖W(xué)界也加大了對(duì) 氮摻雜 二氧化鈦 粉體 制備工藝的研究，使其向高性能、工藝簡(jiǎn)單 、低成本的方向發(fā)展。對(duì) TiO2 進(jìn)行改性的方法主要有非金屬元素?fù)诫s，復(fù)合半導(dǎo)體，過渡金屬元素?fù)诫s，染料敏化，稀土金屬元素?fù)诫s和貴金屬沉積等。伍 )電子供體的氧化舊 )。因此在 污染治理方面 得到了廣泛的應(yīng)用 ，尤其 在土壤污染 和 廢水污染等 方面有著 廣闊 的前景。在相同熱處理?xiàng)l件下，在 550oC 時(shí)能獲得更好的光催化性能。 以制備的二氧化鈦 粉體 為催化劑，用一定波長(zhǎng)的 可見 光照射一定濃度的 亞甲基藍(lán) 溶液，實(shí)驗(yàn)表明二氧化鈦 粉體 對(duì) 亞甲基藍(lán)溶液 的降解具有明顯的催化作用 ?，F(xiàn)階段光催化劑選擇的 大多數(shù) 是 n 型半導(dǎo)體，在 目前 研究的 所有 光催化劑中， TiO2 光催化劑 運(yùn)用的最為 廣泛 。(c) 電子受體的還原 (A)。 金屬摻雜 金屬摻雜 指的 是通過 在 TiO2 的 晶格內(nèi)摻雜金屬，形成缺陷， 使 TiO2 的電子能級(jí)結(jié)構(gòu)分布得到改變 ， 使 光生電子 空穴復(fù)合減少， 來使其 光催化活性 得到提高 ， 常見金屬有 Th、 La、 Ce 等 的 稀土金屬離子和 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn 等 的 過渡金屬離子 。 高溫焙燒法 高溫焙燒法指的是在含氮?dú)獾臍夥栈蛟诳諝庵徐褵趸伝蛘咂渌伒幕衔?，所用的氣氛?N NH3 或 Ar 和 NH3 混合氣體等，通過控制在焙燒中的氣氛、時(shí)間、溫度等條件來制備性質(zhì)不同的 TiO2 摻雜。制備前驅(qū)體后，利用真空高溫氨氣熱處理制備不同溫度的氮摻雜二氧化鈦粉體。 將上述目標(biāo)產(chǎn)物二氧化鈦的前驅(qū)體分別在 530oC、 550oC、 570oC 時(shí)于真空管式高溫?zé)Y(jié)爐中抽真空至 100oC，真空 煅燒 1 小時(shí)，保溫 2 小時(shí)，得到不同溫度下的真空煅燒的二氧化鈦粉體。 從圖中可以看出 氮摻雜二氧化鈦粉體在可見光區(qū)域的吸收最為明顯。 i t=240min. 13 560 630 7000 .00 .71 .42 .1 Abs? （ nm ） 圖 煅燒溫度為 530oC 氮摻雜二氧化鈦降解亞甲基藍(lán)的上清液的可見光吸收曲線560 630 7000 .00 .30 .6 Abs? （ nm ）abcde 圖 煅燒溫度為 550oC 氮摻雜二氧化鈦降解亞甲基藍(lán)的可見光吸收曲線 :a t=0,b t=30min, c t=60min,d t=90min,e t=120min. 14 560 630 7000 .00 .30 .6 Abs? （ nm ） 圖 煅燒溫度為 550oC 氮摻雜二氧化鈦降解亞甲基藍(lán)的上清液的可見光吸收曲線 560 630 7000 .00 .91 .8Abs? （ nm ）abcdefghi 圖 煅燒溫度為 570oC 氮摻雜二氧化鈦降解亞甲基藍(lán)的可見光吸收曲線 :a t=0,b t=30min, c t=60min,d t=90min,e t=120min, f t=150min, g t=180min, h t=210min。 當(dāng)溫度及熱處理?xiàng)l件不同時(shí)，二氧化鈦粉體的催化性能改變很大。 從圖 中可以看出，真空煅燒的二氧化鈦粉體重復(fù)利用進(jìn)行光催化反應(yīng)時(shí)仍然有良好的光催 化性能，表明真空煅燒的二氧化鈦粉體重復(fù)利用率高，可以重復(fù)利用。從圖中可以看出氮摻雜二氧化鈦粉體對(duì)亞甲基藍(lán)的降解有明顯的催化作用，且當(dāng)煅燒溫度為 550oC 時(shí)，氮摻雜二氧化鈦的催化作用更明顯， 550oC 為氮摻雜二氧化鈦粉體煅燒的更適宜溫度。 圖 所示為 相同溫度下，當(dāng)熱處理?xiàng)l件不同時(shí)，二氧化鈦粉體在可見光區(qū)域的 可見光吸收光譜。將白色固體轉(zhuǎn)移到干凈的研缽中研磨，得到白色粉末，即為目標(biāo)產(chǎn)物二氧化鈦前驅(qū)體。 課題研究?jī)?nèi)容與意義 本實(shí)驗(yàn)采用高溫氨氣熱處理法 制備氮摻雜二氧化鈦粉體。 氮摻雜 二氧化鈦 粉體 的制備方法 現(xiàn)階段制備 氮摻雜 二氧化鈦 粉體 的方法很完善也很多，但大多 數(shù)方法僅 適用于小量生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)室 ， 還不能 夠 投入到 規(guī)模化 的工業(yè)生產(chǎn)， 其中 制備方法最主要的有溶膠凝膠法 （ SolGel） 、 高溫焙燒法、 水解沉淀法 、 有機(jī)前驅(qū)體熱解法 、 機(jī)械化學(xué)法 。改性的目的主要是拓寬光響應(yīng)的范圍促使光生電荷能夠有效分離抑制載流子復(fù)合以提高光量子的效率來提高光催化劑的穩(wěn)定性等。 圖 1 半導(dǎo)體微粒的主要反 :(a)光生空穴的產(chǎn)生 。 光催化技術(shù)現(xiàn)階段應(yīng)用 光催化技術(shù)的操作工藝 簡(jiǎn)單 ， 容易 控制，能源 的 消耗低，能 使物質(zhì) 完全降解 而 且不產(chǎn)生 二次 污染 。 結(jié)果表明，在 溫度 相同的條件下， 真空煅燒的二氧化鈦粉體能獲得 更好的光催化性能。 關(guān)鍵詞 ： 氮摻雜 ；熱處理；二氧化鈦；光催化。 TiO2 光催化劑 主要應(yīng)用在以下方面： （ 1） 廢 水處理： 利用 光催化 技術(shù)能夠 將 廢水 中難以分解的有機(jī) 污染 物降解 成CO H2O 和小分子產(chǎn)物，還 能 使 廢水 完全礦化 。(d)and(e)電子和空穴分別在顆粒內(nèi)表面和內(nèi)部的復(fù)合 作為光催化劑 的 二氧化鈦具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)，成本低無污染，相比其他光催 化劑活性更強(qiáng)，作用條件不苛刻，且工作長(zhǎng)時(shí)間也能保持其光催化活性。在 20xx 年吳雅睿等 人 用 SolGel法制備 的 TiO2 摻雜 Cu2 +、 Ni2 +、 Pb2 +、 Zn2 +、 Fe3 +光催化劑 的 結(jié)果表明 了 ， TiO2 光催化劑摻雜改性后表現(xiàn)出 了比 較高的催化活性， 使得其 對(duì)甲醛的降解率 等于或高于 50%， 尤其 是 TiO2 光催化劑摻雜 Pb2 +離子后 其降解率 對(duì)甲醛 高 達(dá) 98． 12% 。 氨氣熱處理時(shí)的煅燒溫度通常高于 500oC，這會(huì)使得 TiO2 粉體的比表面積急劇減少，因此將能熱分解產(chǎn)生氨氣的有機(jī)物如尿素等和 TiO2 粉體混合后在較低溫度下煅燒來控制產(chǎn)物使其比表面積下 降，缺點(diǎn)是會(huì)有 C 或有機(jī)物殘留導(dǎo)致 TiO2 的光催化作用受影響。并且利用 X 射線衍射（ XRD）和紫外 可見光吸收曲線（ UVV）對(duì)其進(jìn)行表征。 不同熱處理?xiàng)l件下二氧化鈦光催化劑的制備 將上述三組目標(biāo)產(chǎn)物二氧化鈦的前驅(qū)體于 550oC 時(shí)在真空管式高溫?zé)Y(jié)爐中煅燒，熱處理?xiàng)l件分別為和同等質(zhì)量尿素同時(shí)煅燒、真空煅燒、空氣中煅燒，得到不同熱處理?xiàng)l件下的二氧化鈦粉體。 200 300 400 500 600 700 8002024681012 Abs? ? nm ?abc 圖 不同熱處理?xiàng)l件二氧化鈦粉體在 可見光吸收光譜 ： a 氮摻雜， b 真空煅燒， c 在空氣中煅 燒 二氧化鈦薄膜光催化特性測(cè)試 亞甲基藍(lán) 溶液的配制及最大吸收波長(zhǎng)的確定 本實(shí)驗(yàn)對(duì)制備的二氧化鈦 粉體 的光催化進(jìn)行測(cè)試，選擇 亞甲基藍(lán) 為降解物。 i t=240min. 15 500 550 600 650 700 7500 .00 .51 .01 .52 .02 .5 Abs? （ nm ） 圖 煅燒溫度為 570oC 氮摻雜二氧化鈦降解亞甲基藍(lán)的上清液的可見光吸收曲線 （ 2） 真空煅燒的二氧化鈦粉體做催化劑，在氙燈光源照射下，催化降解亞甲基藍(lán)溶液， 每隔 30 min 測(cè)試 亞甲基藍(lán) 的可見光吸收光譜 。 20 結(jié) 論 (1) 由 XRD 衍射圖表征可以得出， 二氧化鈦粉體 樣品 為二氧化鈦銳鈦礦晶型結(jié)構(gòu)。將吸附過后的溶液離心出 50ml 上清液，將有二氧化鈦粉體的亞甲基藍(lán)溶液和離心出的上清液分別 放 在氙光光源下 ，選擇 可見光 照射溶液，每隔 30 min 測(cè)試一次 亞甲基藍(lán)光照后的吸收曲線。圖 所示為煅燒溫度為 550oC 時(shí)制備的氮摻雜二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎┙到鈦喖谆{(lán)的可見光吸收曲線，圖 所示為其上清液的可見光吸收曲線，圖 所示為煅燒溫度為 570oC 時(shí)制備的氮摻雜二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎┙到鈦喖谆{(lán)的可見光吸收曲線 ,圖 所示為其上清液的可見光吸收曲線?？赡茉蚴?550oC 煅燒溫度是二氧化鈦粉體能夠在可見光區(qū)域獲得明顯吸收的最佳溫度。得到白色絮狀有一定