2 结果与讨论
2．1 催化剂的电镜扫描
图2 是TiO2和GeO2改性TiO2的光催化剂的电镜扫描照片。由图2 可见，经GeO2改性的TiO2光催化剂的粒径较TiO2的粒径明显变小，分布更为均匀，比表面积会增大，催化剂中有更多的活性较高的微晶粒存在。添加GeO2后可改变催化剂的化学组成、电子结构、表面性质和晶体结构，可明显地增强锐钛矿复合氧化物催化剂的分散特性和吸附性能［10］，使GeO2改性的TiO2光催化剂具有更高的光催化活性。
2．2 表征结果
图3 为500℃灼烧后TiO2和经GeO2改性TiO2的XRD 图。由图3 可见，实验得到了含有少量金红石的锐钛矿TiO2，根据文献报道［11，12］，这种晶型的TiO2具有很好的光催化效果。GeO2的掺杂使得2θ= 25°对应的锐钛矿相特征衍射峰变得尖锐且峰值衍射强度增大，根据Scherer 公式，计算出晶粒尺寸:TiO2的粒径为9. 4 nm，经GeO2改性TiO2的粒径为8. 6 nm。粒径减小使得TiO2的比表面积增大，更有利于紫外光照射以及催化剂与降解物的接触。另外，当粒径小于10 nm，光生电子和空穴从TiO2内部扩散到表面的时间较短，它们在TiO2内部复合的几率较小，到达表面的电子和空穴数量增多，从而提高了GeO2改性TiO2的光催化活性。
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2．3 GeO2的复合量对降解效果的影响
GeO2的复合量对TiO2催化降解活性红染料废水的影响见图4。
由图4 可以看出，在25 kHz 的超声波作用下，与纯锐钛矿型TiO2相比，GeO2改性TiO2的催化性能普遍提高。复合量从0．1% 到2% 是催化性能提高阶段，而超过2% 之后，随着GeO2复合量的继续加入催化性能又有所降低。GeO2改性TiO2后，由于Ge 离子存在2 种氧化态，在捕获载流子方面，既可以成为空穴的浅势捕获陷阱，也可以成为电子的浅势捕获陷阱，同时Ge 离子在光生电子的捕获和捕获电子向界面吸附氧传递的过程中，抑制了电子和空穴的复合。因此Ge 离子复合有利于提高TiO2的光催化性能。当复合量小于最佳量时，随着复合量的增加，复合离子提供的捕获陷阱数随之增加，对电子-空穴的复合抑制能力增强，光催化性能随之改善; 但当复合量大于最佳值时，由于捕获流子的捕获位间距离变小，复合的Ge 离子演变为中心电子的空穴的复合中心，而且过大的复合量也可能使复合离子在TiO2中达到饱和而产生新的晶相，减小了TiO2的有效面积，从而降低了TiO2催化效率。因此，Ge 离子复合量存在一个最佳值。
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