發(fā)布時(shí)間：2021-07-08 16:30

　　以硝酸鋁為鋁源,鈦酸四丁酯為鈦源,檸檬酸三銨為起泡劑,聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作表面活性劑,采用低溫溶液法制備TiO₂/γ-AlO（OH）復(fù)合納米粉體光催化劑;采用HRTEM、FESEM、EDS、XRD、紫外-可見漫反射光譜（UV-Vis DRS）和N₂吸附-脫附（BET）等手段對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行表征;研究了γ-AlO（OH）摻雜量、PVP表面活性劑等對(duì)TiO₂/γ-AlO（OH）復(fù)合納米粉體的形貌及光催化活性的影響規(guī)律;探究了吸附作用對(duì)催化劑活性的影響。結(jié)果表明:載體材料γ-AlO（OH）納米微球的介孔結(jié)構(gòu)限制了TiO₂納米晶的團(tuán)聚和長(zhǎng)大,適當(dāng)添加PVP表面活性劑可以減少復(fù)合粉體團(tuán)聚,并調(diào)控其微觀形貌;當(dāng)γ-AlO（OH）摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%、PVP添加量為0.1 mmol時(shí),制備的TiO₂/γ-AlO（OH）復(fù)合粉體的BET比表面積為334.27 m²/g,催化性能最佳,光照30 min,對(duì)羅丹明B的降解效率為94.26%,遠(yuǎn)大于純銳鈦礦結(jié)構(gòu)TiO

【文章來源】：石油學(xué)報(bào)(石油加工). 2020,36(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

TiO2、純P25、γ-AlO(OH)和摻雜聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的TiO2/γ-AlO(OH)復(fù)合納米粉體的XRD譜圖

圖4為P25和TiO2/γ-AlO(OH)復(fù)合粉體的UV-Vis DRS譜圖。根據(jù)αhv=F(hv-Eg)n/2(其中α為吸收系數(shù),F是比例常數(shù),hv是光子能量,Eg為禁帶寬度,直接半導(dǎo)體n取1,間接半導(dǎo)體n取4)可計(jì)算出復(fù)合材料的禁帶寬度,商用P25的禁帶寬度約為3.2 eV(385 nm)[22-23]。由圖4可得,制備的TiO2/10%γ-AlO(OH)(0.1 mmol PVP)樣品的禁帶寬度為3.45 eV(359 nm)。這是因?yàn)門iO2/γ-AlO(OH)復(fù)合粉末的顆粒尺寸接近激子波爾半徑,產(chǎn)生了量子尺寸效應(yīng)。納米尺寸半導(dǎo)體的電子帶性能主要取決于顆粒的尺寸。隨著復(fù)合粒子尺寸的減小,帶隙能增加,表現(xiàn)為吸收波長(zhǎng)的藍(lán)移[24-25]。復(fù)合材料的禁帶寬度增加,使其對(duì)太陽光輻射的吸收范圍增大,更有利于電子躍遷的產(chǎn)生,同時(shí)更寬的禁帶寬度可以有效地減少光生電子-空穴的復(fù)合,從而提高光催化劑的量子效率。圖4 P25和TiO2/γ-AlO(OH)復(fù)合粉體的UV-Vis DRS譜圖(內(nèi)附圖為禁帶寬度切線圖)

圖2為TiO2、純P25、γ-AlO(OH)和摻雜PVP的TiO2/γ-AlO(OH)復(fù)合納米粉體的XRD譜圖。由圖2可知,實(shí)驗(yàn)制備的γ-AlO(OH)晶型為勃姆體,與圖1(h)中晶格條紋寬度對(duì)應(yīng)。相比于P25(銳鈦礦,金紅石結(jié)構(gòu)混合晶相)催化劑,經(jīng)過PVP表面活化的TiO2/γ-AlO(OH)系列催化劑均具有較為明顯的銳鈦礦結(jié)構(gòu),同時(shí)半峰寬相對(duì)較大,說明復(fù)合粉體的顆粒更加細(xì)小;同時(shí)除了比較明顯的TiO2衍射峰外,沒有其他較為明顯的峰,說明樣品的純度較高[18]。其中γ-AlO(OH)摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的復(fù)合粉體的譜峰尖端較為平緩,半高寬較大,說明此時(shí)復(fù)合粉體中銳鈦礦型的TiO2顆粒細(xì)小。這是因?yàn)榇藫诫s量下的γ-AlO(OH)在制備過程中提供介孔,吸附較多的Ti(OH)4膠體在空腔中,水熱反應(yīng)時(shí)空腔的應(yīng)力限制了TiO2顆粒的長(zhǎng)大[19];當(dāng)γ-AlO(OH)摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%時(shí),γ-AlO(OH)無法提供足夠的空腔,摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于20%時(shí),γ-AlO(OH)的表面電荷又會(huì)吸附過多的TiO2顆粒,導(dǎo)致復(fù)合粉體發(fā)生硬團(tuán)聚。眾所周知,TiO2具有銳鈦礦、板鈦礦、金紅石3種晶型,其中銳鈦礦結(jié)構(gòu)TiO2具有最佳的催化活性,然而純銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO2催化性能并不理想[20]。P25催化劑利用2種不同晶相的結(jié)構(gòu)混雜可以增大晶格內(nèi)部缺陷,增加載流子濃度,使電子、空穴數(shù)量增大,具有更強(qiáng)的捕獲顆粒外表面溶劑的能力[21]。因此,采用純銳鈦礦晶型的TiO2,同時(shí)利用γ-AlO(OH)的多孔結(jié)構(gòu)作為載體形成復(fù)合粉體,可使TiO2的催化性能增加成為可能。圖2 TiO2、純P25、γ-AlO(OH)和摻雜聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的TiO2/γ-AlO(OH)復(fù)合納米粉體的XRD譜圖

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