【文章內(nèi)容簡介】 ferent substances從表10可以清晰的看到，自制的SrTiO2 、RbSrTiO2以及Pure TiO2比市售的P25比表面積要大很多，比表面積大了，光催化劑在催化MG時接觸面積就要大，這樣反應(yīng)速率就要高很多。 最佳RbSrTiO2 光催化劑的激光粒度分析報告Figure 6 Laser particle size analysis of the best RbSrTiO2 photocatalysts 最佳摻雜量的優(yōu)勢分析Figure 7(a) Particle size distribution diagram of RbSrTiO2Figure7(b) Particle size distribution diagram of P25Figure 7(c) Particle size distribution diagram of SrTiO2Figure 7(d) Particle size distribution diagram of SrTiO2Figure 7(e) Contrast RbSrTiO2 and P25\SrTiO2\TiO2 , red is TiO2 , black is P25, blue is SrTiO2 , green is RbSrTiO2從上面幾幅途中我們可以看到，在相同條件下，幾種物質(zhì)的粒徑分布，波峰都比較穩(wěn)定，說明晶粒分布很均勻。同時對最佳摻雜量的RbSrTiO2 與市售的P25，單一Sr摻雜的TiO2，未摻雜的TiO2的做激光粒度分析對比，市售P25比其余的幾種物質(zhì)的粒徑要小很多，其余物質(zhì)的晶粒分布幾乎都在一個區(qū)域，但是峰的起步值還是不同的，藍色的RbSrTiO2 起步的較晚一些，紅色的未摻雜TiO2 起步是這幾種物質(zhì)中最快的一個。在雙摻體系中，隨著反應(yīng)時間的增加，相對高的成核速率增加的程度高于單摻或者未摻雜體系，結(jié)晶成核數(shù)目更高。在雙摻體系、單摻和未摻雜體系中具有相同的體系濃度，大的晶核數(shù)目導(dǎo)致小的晶粒尺寸，因此，增加摻雜的離子數(shù)目或濃度提高了成核速率，進而增加結(jié)晶成核數(shù)目，減小晶粒尺寸，從而在RbSrTiO2納米晶獲得部分堆積的小尺寸晶粒及大的表面積，RbSrTiO2納米晶比單摻Sr和為摻雜的納米晶光催化活性更好 TG—DTA表征結(jié)果差熱分析(DTA)是在溫度的控制下，測量試樣與參比物(一定溫度范圍內(nèi)不發(fā)生任何熱效應(yīng)的物質(zhì))之問的溫度差與溫度的一種技術(shù)。分別記錄參比物的溫度以及樣品與參比物之間的溫度差，以溫差對溫度作圖就可以得到一條熱差分析曲線，稱為差熱譜圖。當物質(zhì)在加熱過程中有升華、汽化、分解出氣體或是去結(jié)晶水時，被測物質(zhì)的重量就會發(fā)生變化。通過熱重(TG)分析就會知道有多少物質(zhì)在多少度發(fā)生變化，并且根據(jù)失重量可以計算失重多少，可以得到樣品的熱變化所產(chǎn)生的物性方面的信息。取有代表性的樣品未摻雜的TiO2和RbSrTiO2，詳見Figure8。Figure8 The RbSrTiO2 and Pure TiO2 photocatalysts sample TGDTA curvesFigure8a中綠色的曲線為DTA曲線，紅色的曲線為TG曲線。TG 曲線在100℃左右有個失重過程，是RbSrTiO2失去表面吸附水和結(jié)晶水引起的，對應(yīng)的是100℃ 的吸收峰。繼續(xù)升溫，在300℃的時候有個吸收峰，是因為摻雜的RbSr這兩種元素，使二氧化鈦的熔點降低，在低溫時已經(jīng)溶解，這樣方便晶型的轉(zhuǎn)化，使其能在低溫時就可以發(fā)生銳鈦礦型向金紅石轉(zhuǎn)變的過程，增加反映的可行性。Figure8b中紅色的曲線為TG 曲線，綠色的曲線為DTA曲線。TG 曲線大致有4個失重過程，分別是在100℃、230℃、250℃和400℃左右。第一階段的失重，是光催化劑表面吸附水和結(jié)晶水引起的，第二階段的失重是因為亞氨基二乙酸的熔化所致，第三階段的失重是因為氫氧化鈦分解成二氧化鈦發(fā)生的放熱反應(yīng)，第四階段是晶型的轉(zhuǎn)變引起的，在450℃二氧化鈦的晶型從銳鈦礦轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t。對比這兩幅圖可以發(fā)現(xiàn)，兩種物質(zhì)在100℃的時候有了一寬的吸熱峰且伴隨有失重現(xiàn)象，這是由于樣品脫去吸附水吸熱所致。RbSrTiO2 由于反應(yīng)完全沒有了剩余的亞氨基二乙酸，所以在230℃沒有吸收峰，但在300℃的時候有一吸收峰，與未摻雜的TiO2 相比，沒有放熱而是吸熱，是因為摻雜了RbSr這兩種元素之后，反應(yīng)在低溫時已經(jīng)完全，晶型已經(jīng)發(fā)生了從銳鈦礦到金紅石的轉(zhuǎn)變。所以TGDTA結(jié)果表明了，RbSr共摻雜的納米TiO2 在低溫時就可以發(fā)生晶型從銳鈦礦到金紅石的轉(zhuǎn)變，金紅石晶體結(jié)構(gòu)致密，比較穩(wěn)定，光學(xué)活性小，因而耐候性好，能在可見光內(nèi)就能使一些有機物發(fā)生降解，從而達到凈化環(huán)境的效果。 UVVisDRS光譜半導(dǎo)體的禁帶寬度可以用Kubelka–Munk方程確定[2]： 其中α, ν, Eg,和 A分別是吸光系數(shù)、光的頻率、禁帶寬度和常數(shù)。n取決于半導(dǎo)體的特性轉(zhuǎn)變，直接轉(zhuǎn)變n = 1，間接轉(zhuǎn)變n = 4[3]。對于TiO2和Sr(NO3)2，由于它們都是間接轉(zhuǎn)變，所以n = 4。因此，樣品的禁帶寬度可以通過(αhν)1/2對光能(hν)作圖得到。曲線切線在X軸的截距可以近似的認為是樣品的禁帶寬度。 eV[6]，通過摻雜改性后的TiO2的禁帶寬度可能會降低，也就是提高了TiO2光催化劑在可見光范圍內(nèi)的吸收性能，這是摻雜改性可以提高TiO2光催化劑的光催化活性的原因之一。Figure(9)Figure 9是TiO2光催化劑的UVVisDRS光譜，通過Kubelka–Munk方程擬合處理后的圖像。從局部放大圖的處理結(jié)果來看， eV，這可能是TiO2光催化劑較P25光催化劑的光催化活性要高的原因之一。 FTIR光譜Figure(10)如Figure 10所示， 觀察TiO2的IR譜圖，我們不難發(fā)現(xiàn)，在1400 cm1處都有強且寬的吸收峰，這是TiOTi鍵的振動峰[9]，說明我們通過這種溶膠凝膠的方法合成的的確是以TiO2作為基體的摻雜改性的光催化材料。在3200cm1處的強峰是OH鍵的伸縮振動峰，OH鍵的彎曲振動峰是在16001630 cm1處，在譜圖中可以明顯的觀測到H2O分子的出現(xiàn)，這說明在TiO2表面吸附了大量的水分子[7]。在3421 cm1的特征吸收峰是催化劑表面通過弱的氫鍵結(jié)合的物理吸附水所占據(jù)的弱的活性位點，而3147 cm1的吸收峰是催化劑表面通過化學(xué)鍵而結(jié)合的化學(xué)吸附水構(gòu)成的絡(luò)合物的特征峰。在1600cm1處的吸收峰和物理吸附的水分子的彎曲振動完全吻合。因此推測，催化劑表面存在大量的羥基基團，這可能對光催化反應(yīng)過程有利。一方面，在光照時，表面的羥基基團接受空穴產(chǎn)生具有高氧化性的?OH。另一方面，表面的羥基基團可能有助于形成O2, CO2和CO分子的吸附中心[7]。 XRD表征通過XRD表征，我們可以得到有關(guān)晶型和晶相粒徑的結(jié)果，其中，晶相粒徑可以由Scherrer[8]公式計算：式中，D是晶相粒徑，λ是X射線的波長（），K是常數(shù)，β是峰的半峰寬，一般選擇銳鈦礦晶相的2θ=176。作為特征峰研究。Figure 10是TiO2的XRD譜圖。通過XRD譜圖進一步分析了TiO2的晶相性質(zhì)。176。，176。，176。176。分別對應(yīng)了銳鈦礦晶相的(101), (004), (200)和(201)晶面的特征峰。Figure(11) Figure(12)Figure 9是未摻雜TiO2的XRD譜圖與商品化P25的對比。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，TiO2與P25非常相似，同時明顯出現(xiàn)了銳鈦礦（A），金紅石（R）兩種晶型的特征峰，說明合成的是一種混晶型的物質(zhì)，而且這種方法合成的TiO2光催化劑的XRD譜圖的基線比較平滑，說明它結(jié)晶度較高，結(jié)晶程度較為完全。通過Scherrer公式可以計算得到， TiO2光催化劑， nm， nm。其中，晶相相似的TiO2光催化劑，與P25相比，參比TiO2光催化劑的粒徑更小，比表面積更大，有更好的吸附性，所以能夠體現(xiàn)更高的光催化活性，這也與光催化活性測定的結(jié)果相符合。根據(jù)Scherrer公式， TiO2的晶體粒徑的相關(guān)數(shù)據(jù)如Table 11所示。Catalyst β(176。) D（nm）Controlled TiO2 Table11 Crystal size of different catalysts D（nm）從Figure 11和12的XRD譜圖也可以看出， TiO2光催化劑有比較大的比表面積，比較好的吸附性能。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原理可能是鈦酸丁酯在水解成為TiO2的過程中，一部分摻雜的離子形態(tài)被包裹在TiO2的內(nèi)部或吸附在TiO2的表面，隨著高溫?zé)崽幚淼倪M行，TiO2逐漸結(jié)晶，而摻雜的粒徑遠比鈦離子大，形成晶體的過程中受到向晶體表面排擠，阻礙了結(jié)晶的過程，從而得到了更細小的TiO2晶體，而且生成的晶體晶格缺陷也較多，這也是光催化活性加強的可能原因之一。 由于時間以及設(shè)備的原因，有一些表征還沒有做，有些問題還需要一些表征來做進一步詳細的說明，以下就是我在下一步準備完成的工作計劃：（1）不同pH對催化活性的影響；（2）最佳摻雜的XRD表征，通過做XRD進一步說明粒徑大小對光催化活性的影響和晶型的轉(zhuǎn)變；（3）最佳摻雜的IR表征，測試其特征峰，尋找是否有活性基團的原因是其催化活性加強；（4）最佳摻雜量的紫外可見漫反射光譜（UVVisDRS），可以從微觀了解其禁帶的轉(zhuǎn)變。 (1)通過不同的條件制備了一系列RbSr共摻雜的TiO2高性能光催化劑，其中以RbCl、 Sr(NO3)2分別為Rb源和Sr源，通過溶膠凝膠法制備并經(jīng)在550℃煅燒處理的1g/L的RbSr共摻雜TiO2在25℃時對4mg/L的MG具有很高的催化降解，降解率達到96%以上。(2)激光粒度表征結(jié)果顯示，該吸附劑晶型為較純的銳鈦礦型，Rb和Sr離子的引入沒有形成新的物相，且經(jīng)過煅燒，試樣的粒子尺寸變小，增加了光催化劑的吸附性能，即與降解物質(zhì)的接觸面積增大，使其具有更好的光催化性能。(3) RbSr共摻雜的納米TiO2 在低溫時就可以發(fā)生晶型從銳鈦礦到金紅石的轉(zhuǎn)變，從而增加了光催化劑的活性。 謝在我的畢業(yè)論文即將成文之際，首先要感謝我的指導(dǎo)老師，在工作繁忙之余，他盡心盡力對我進行指導(dǎo)，對我充滿關(guān)心。他有著治學(xué)嚴謹、誨人不倦、寬以待人的學(xué)者風(fēng)范，使我學(xué)到了很多以前沒有學(xué)到的知識，我非常的感激；其次，我要感謝院里其他老師在我做論文期間給我的指導(dǎo)和幫助；最后要感謝我班的同學(xué)特別是和我一同實驗的幾位同學(xué)，在他們的支持下使我更加投入的完成這篇論文。參考文獻：[1] Wang J, Uma S, Klabunde K J. 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