酞菁銅敏化納米TiO-,2-光催化劑的原位合成及其可見(jiàn)光催化性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化技術(shù)在污水處理、空氣凈化、抗菌除臭、太陽(yáng)能利用和自潔凈等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。本文在總結(jié)半導(dǎo)體光催化劑研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，確定了以酞菁-TiO2光催化體系作為研究對(duì)象，旨在通過(guò)新的敏化方式，拓寬納米TiO2寬禁帶半導(dǎo)體的光譜響應(yīng)范圍，改善敏化劑和半導(dǎo)體的結(jié)合方式，研發(fā)具有高可見(jiàn)光活性的染料敏化TiO2光催化劑。 采用超聲輔助熱液水解法和水熱法，分別以四氯化鈦(TiCl4)或鈦酸丁酯為原料、三乙醇胺(TEA)作絡(luò)合劑、四

2、磺酸酞菁銅(CuPcTs)為敏化劑，原位制備了CuPcTs敏化納米晶TiO2光催化劑；通過(guò)X射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、紫外可見(jiàn)漫反射譜(DRS)等對(duì)其進(jìn)行了表征；通過(guò)光催化降解甲基橙(MO)、對(duì)氯苯酚(4-CP)對(duì)樣品的可見(jiàn)光催化性能進(jìn)行了研究。 兩種方法原位合成的CuPcTs/TiO2復(fù)合光催化劑中TiO2均為銳鈦礦晶型，顆粒尺寸分別在50-60nm和20-30nm之間；CuPcTs的存在能有效拓展TiO2吸收光

3、譜至可見(jiàn)光區(qū)，并與TiO2協(xié)同作用，使之在可見(jiàn)光范圍具有明顯的光催化性能；CuPcTs/TiO2的可見(jiàn)光催化性能明顯高于浸漬法制備的CuPcTs/P25光催化劑。其主要原因：在原位制備過(guò)程中，一次晶粒形成時(shí)，CuPcTs就牢固吸附于晶粒表面，然后在二次顆粒形成過(guò)程中，大部分CuPcTs留在了晶界處，這樣就形成了一種CuPcTs與TiO2互穿的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)更加有利于激發(fā)態(tài)CuPcTs向TiO2導(dǎo)帶注入電子，所以其可見(jiàn)光催化性能明顯高于浸

4、漬法制備的CuPcTs/P25。 CuPcTs/TiO2光催化劑的可見(jiàn)光降解甲基橙機(jī)理分析表明，甲基橙分子的降解過(guò)程為：在羥基自由基進(jìn)攻下，甲基橙的偶氮首先被破壞斷鍵，形成芳香環(huán)類(lèi)中間產(chǎn)物：N，N-二甲基-4-硝基苯胺和4-氨基苯磺酸鈉，然后繼續(xù)開(kāi)環(huán)降解和礦化。 敏化劑的含量對(duì)光催化劑的活性有很大的影響。含量較少時(shí)，敏化效果不明顯；含量過(guò)多時(shí)，敏化劑大量聚集在顆粒表面，使其激發(fā)態(tài)易于淬滅，同時(shí)占用當(dāng)量催化劑表面活性位，敏

5、化效果也會(huì)降低；所以敏化劑含量存在一個(gè)最佳值。 熱處理能改變CuPcTs/TiO2光催化劑表面與表面吸附物質(zhì)的狀態(tài)，從而影響樣品光催化性能。熱處理溫度存在一個(gè)最佳范圍，在此溫度范圍之前，隨熱處理溫度升高，由于表面吸附有機(jī)物以及部分吸附不牢固的敏化劑揮發(fā)，催化劑表面結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，光催化活性提高；熱處理溫度超過(guò)最佳范圍，敏化劑氧化分解，光催化劑活性降低。 光催化穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果表明：原位合成的CuPcTs/TiO2復(fù)合光催化劑