图4a为透射电镜10万倍分辨率下制备镧铁光催化剂的表面形貌,可以看出形成的纳米颗粒虽然有一定的团聚,但尺寸细小而均匀,比表面积很大,表面能高,形成的纳米TiO2晶核为四方晶格结构,完整、饱满,呈柱状,说明在500℃下煅烧,就能形成晶型完整稳定的纳米TiO2.图4b为铁镧光催化剂的扫描电镜图,可以看出制备的纳米光催化剂粒径在水中粒径分布较小,大约在50 nm,分散较均匀.
2.1.4紫外-可见反射光谱分析
从图5可以看出,掺杂了铁镧的纳米光催化剂在300~400 nm处明显降低了对紫外可见光的反射率,提高了对光能利用的效率,原因是掺杂Fe3+(Fe是多价过渡金属元素)后,延长电子和空穴的复合时间,提高了活性,同时其比TiO2具有更宽的光吸收波长范围,能更有效地利用太阳能.而在纳米TiO2中掺入稀土离子La3+,由于稀土离子的半径大于Ti4+,将引起晶格畸变并积累应变能,并在样品焙烧过程中抑制晶粒长大,使纳米半导体粒子的能隙变宽.Fe3+-La3+共掺杂的协同作用引起TiO2光吸收带的红移,向可见光区移动了约35 nm,扩展了纳米TiO2光谱响应范围.
2.2不同掺杂量光催化剂光催化性能对比
从图6可以看出,随着x(Fe3+)和x(La3+)(表2中)的增加,TiO2对染料的降解率增加;x(Fe3+)=0.05%、x(La3+)=0.05%时,降解率最大;继续增加,降解率反而下降.原因是掺杂Fe3+离子后,能够通过捕获载流子以促进光生载流子的分离,促进光催化反应.但是,Fe3+的氧化还原特性意味着TiO2中可能含有更多作为光生电子和空穴的捕获位,在高掺杂质量浓度下,会有较多的电子与空穴被捕获在杂质中心,这使得捕获的电子/空穴对通过量子隧道效应复合的概率大大增加,抑制了光催化的效率.[7]而改变掺杂La3+量,其最佳值可用掺杂后
表面电荷层厚度来度量.当表面电荷层厚度等于光入射深度时,光生电子和空穴的分离最有效,催化剂光利用效率最高.因此,当x(Fe3+)=0.05%、x(La3+)=0.05%时,其光催化活性最高,1 h后降解率可达到98.9%.
3结论
(1)制备的纳米光催化剂平均晶粒为15 nm左右,结晶完整,主晶相为锐钛矿型.Fe3+-La3+共掺杂引起TiO2晶格的膨胀和畸变,延缓了TiO2晶粒的生长速率,抑制了晶粒大小.另外,在水中粒径约50 nm,分散均匀.
(2)Fe3+-La3+共掺杂的协同作用引起TiO2光吸收带的红移,向可见光区移动了约35 nm,扩展了纳米TiO2光谱响应范围.
(3)Fe3+-La3+共掺杂提高了纳米TiO2粒子光催化活性及光催化效率.铁镧的掺杂均有一个最佳量,x(Fe3+)=0.05%、x(La3+)=0.05%.铁镧掺杂的纳米光催化剂对活性染料的催化降解率1 h可达到98.9%.
<<上一页[1][2][3]
相关信息 
推荐企业 推荐企业
推荐企业
您所在的位置：
