【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 u2 +、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% 。 非金屬摻雜 過(guò)渡金屬元素?fù)诫s雖然能夠改善TiO2在可見(jiàn)光下的活性,但是因?yàn)榻饘匐x子成為復(fù)合中心,而使得TiO2在紫外光下的活性下降或在可見(jiàn)光下的活性遠(yuǎn)低于在紫外光下的活性。另一方面,過(guò)渡金屬元素?fù)诫s使TiO2穩(wěn)定性變差,比如用濕化學(xué)法或離子注入的方法摻Cr、V等元素。最早被報(bào)道出具有可見(jiàn)光活性光催化材料是氮摻雜TiO2 ，早在1986年Sato等人就發(fā)現(xiàn)將氮引入TiO2 具有可見(jiàn)光響應(yīng)，,但十幾年來(lái)沒(méi)有引起人們的重視，直到2001年Asahi等人在Science上報(bào)道了非金屬元素以氮為代表替代少量的晶格氧能夠使得TiO2 的帶隙變窄，,在保持紫外光照下催化活性的同時(shí),使TiO2具有可見(jiàn)光活性,從而提高了光催化的光量子效率，掀起了非金屬元素尤其是氮元素?fù)诫sTiO2的熱潮。 復(fù)合半導(dǎo)體 復(fù)合半導(dǎo)體的本質(zhì)指的是一種顆粒相對(duì)于另外一種顆粒的修飾作用。半導(dǎo)體的復(fù)合可以提高電荷的分離效果，擴(kuò)大 TiO2光譜的相應(yīng)范圍。復(fù)合的方式主要有簡(jiǎn)單組合、多層結(jié)構(gòu)、摻雜、異相組合等。 利用混晶效應(yīng)，用硫化物、硒化物等能隙較窄的半導(dǎo)體修飾 TiO2，提高其催化活性，比如 WO3TiOCdSTiOSnO2TiOMoOTiOV2O5TiOZnS等。 染料光敏化 染料光敏化是 TiO2主要的修飾方法之一，光敏化的修飾可以使 TiO2得到可見(jiàn)光活性。染料光敏化可以通過(guò)在可見(jiàn)光下染料激發(fā)的電子注入到TiO2導(dǎo)帶中,從而使得TiO2的光激發(fā)波段能夠擴(kuò)展到可見(jiàn)光區(qū)域,但絕大多數(shù)的敏化劑在近紅外區(qū)的吸收很弱,其吸收譜與太陽(yáng)光譜還不能夠很好得匹配。除此以外敏化劑在水溶液里容易從催化劑的表面分離,而且其自身也有可能發(fā)生光降解。TiO2光敏化后可以使發(fā)色團(tuán)降解或破壞染料分子的共軛結(jié)構(gòu)，并且可以使高度礦得到 CO2和 H2O。但是環(huán)境參數(shù)（比如溶液的 pH 值，TiO2的晶體類(lèi)型等）對(duì)降解速率的影響較大，在實(shí)際應(yīng)用中需要自主確定最佳參數(shù)。 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)?；墓I(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 ?？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。 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?，所用的氣氛為NNH3或Ar和NH3混合氣體等，通過(guò)控制在焙燒中的氣氛、時(shí)間、溫度等條件來(lái)制備性質(zhì)不同的TiO2摻雜。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(lái)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。水解沉淀法指的是直接在含氮水溶液中將鈦鹽水解或?qū)⑩侞}水解再和含氮的有機(jī)物反應(yīng)得到氮摻雜二氧化鈦粉體。其中鈦鹽除鈦醇鹽如鈦酸四丁酯、鈦酸四異丙酯等外還有無(wú)機(jī)鈦鹽如四氯化鈦、硫酸鈦、三氯化鈦。氮源主要有含氮有機(jī)物尿素、硫脲等，無(wú)機(jī)的碳酸銨、氨水、氯化銨等。水解沉淀法的優(yōu)點(diǎn)是一般反應(yīng)能夠在較低的溫度下順利進(jìn)行，工藝方法簡(jiǎn)單，原材料易獲得，且較易控制制備出納米級(jí)粒徑純凈均一的產(chǎn)物，因此許多研究學(xué)者都推薦采用此法。 有機(jī)前驅(qū)體熱解法有機(jī)前驅(qū)體熱解法指的是含氮有機(jī)物和鈦鹽反應(yīng)使得到的有機(jī)前驅(qū)體含有TiN鍵，再使得到的前驅(qū)體在不同的氣氛和溫度中煅燒摻雜改性。有機(jī)前驅(qū)體熱解法還可以制備二氧化鈦的碳氮共摻雜，所得的摻雜二氧化鈦有較好的光催化性能，但其碳氮共摻雜的機(jī)理還需要進(jìn)一步探究。 溶膠凝膠法（SolGel）目前制備納米氧化物使用最為廣泛的方法之一是溶膠凝膠法。其原理是， 選取最佳的無(wú)機(jī)鹽或有機(jī)鹽（常用有機(jī)醇鹽）為前驅(qū)物水解制備溶膠，然后經(jīng)過(guò)干燥、煅燒溶膠得到納米二氧化鈦粉體。在二氧化鈦溶膠的制備，作為前驅(qū)體的鈦有機(jī)醇鹽通常選用的主要有鈦酸乙酯、四氯化鈦、鈦酸正丁酯等，最常用的為鈦酸正丁酯；常用溶劑有乙醇、丙醇和異丙醇等；常用穩(wěn)定劑為二乙醇胺或冰醋酸等。以鈦的醇鹽為前驅(qū)體，其溶膠凝膠過(guò)程為：水解反應(yīng)： 縮聚反應(yīng)： 失水縮聚 失醇縮聚 溶膠凝膠法的優(yōu)點(diǎn)是能夠形成薄膜和大塊固體，摻雜改性容易實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是得到納米二氧化鈦粉體較難，而且破碎后的粉體的顆粒尺寸分布和孔徑分布較寬。 機(jī)械化學(xué)法機(jī)械化學(xué)法指的是指通過(guò)摩擦、壓縮、沖擊、剪切、彎曲、延伸等方法對(duì)固體、氣體、液體物質(zhì)加以機(jī)械能致使改變其物理化學(xué)性質(zhì)或使其和周?chē)镔|(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。機(jī)械化學(xué)法的常見(jiàn)設(shè)備有球磨機(jī)、行星磨等，該法優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備易得、操作簡(jiǎn)便等，缺點(diǎn)是在研磨時(shí)較難調(diào)控產(chǎn)物微結(jié)構(gòu)。 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。選擇鈦酸四正丁酯作為前驅(qū)物，無(wú)水乙醇作為溶劑。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。并且利用X射線(xiàn)衍射（XRD）和紫外可見(jiàn)光吸收曲線(xiàn)（UVV）對(duì)其進(jìn)行表征。選擇實(shí)驗(yàn)制備的改性二氧化鈦粉體進(jìn)行光催化性能的測(cè)試，采用亞甲基藍(lán)模擬降解物。對(duì)制備的改性二氧化鈦粉體進(jìn)行表征對(duì)比，確定出最佳的制備條件，如溫度、是否真空狀態(tài)。進(jìn)行空白樣和所制備的改性二氧化鈦粉體的光催化實(shí)驗(yàn)，得出改性二氧化鈦粉體的光催化性能及不同二氧化鈦粉體的光催化性能的差別。二氧化鈦的氮摻雜為以后具有可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑的制備提供了一種有效的方法。我國(guó)的鈦資源占世界總儲(chǔ)量的1/4,居于世界之首,如果能利用豐富的鈦資源,制備出可見(jiàn)光催化劑,應(yīng)用于污染處理、光能轉(zhuǎn)換等方面,不僅促進(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，改善了我們的生存環(huán)境，而且使世界所面臨的能源與環(huán)境污染問(wèn)題都有望得到徹底的解決。2 實(shí)驗(yàn)部分 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器 實(shí)驗(yàn)藥品和試劑 實(shí)驗(yàn)藥品和試劑及生產(chǎn)廠(chǎng)家藥品名級(jí)別生產(chǎn)廠(chǎng)家鈦酸四正丁酯CP（化學(xué)純）國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司無(wú)水乙醇AR（分析純）天津市富宇精細(xì)化工有限公司尿素AR（分析純）萊陽(yáng)市康德化工有限公司亞甲基藍(lán)AR（分析純）天津市津南區(qū)咸水沽工業(yè)園區(qū) 實(shí)驗(yàn)儀器 實(shí)驗(yàn)儀器及生產(chǎn)廠(chǎng)家儀器名生產(chǎn)廠(chǎng)家SHT型數(shù)顯恒溫磁力攪拌電熱套山東鄄城華魯電熱儀器有限公司781型磁力加熱攪拌器金壇市醫(yī)療儀器廠(chǎng)DHG90