二氧化鈦基復(fù)合光催化材料的制備及其性能研究

劉振興

(陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300)

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二氧化鈦基復(fù)合光催化材料的制備及其性能研究

劉振興

(陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300)

進(jìn)入二十一世紀(jì)之后，環(huán)境污染問(wèn)題越加嚴(yán)重，環(huán)境控制與治理已經(jīng)成為各國(guó)在發(fā)展建設(shè)中急需解決的一個(gè)問(wèn)題。在眾多環(huán)境治理材料中，其中以二氧化鈦基復(fù)合光催化材料優(yōu)良的性能，成為最佳環(huán)境治理材料，二氧化鈦復(fù)合基催化材料是解決二十一世紀(jì)環(huán)境污染問(wèn)題中的新型材料。但是現(xiàn)在二氧化鈦基復(fù)合光催化材料還存在一定缺陷，造成無(wú)法在工業(yè)生產(chǎn)內(nèi)廣泛應(yīng)用。本文就對(duì)于二氧化鈦基復(fù)合光催化材料的制備及性能進(jìn)行研究，主要目的就是希望能夠?qū)Χ趸伝鶑?fù)合光催化材料更加了解。

二氧化鈦基復(fù)合光催化材料；制備；性能

1 前言

人類(lèi)之所以能夠生存及發(fā)展，關(guān)鍵資源就是能源，同時(shí)能源也是一個(gè)國(guó)家發(fā)展建設(shè)的重要物質(zhì)條件，我國(guó)工業(yè)只從改革開(kāi)放以后快速發(fā)展，已經(jīng)成為世界能源大國(guó)，但是能源每一個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)于環(huán)境都會(huì)造成影響。例如光催化分解水制氫，是獲得新能源的一個(gè)極具前景的重要途徑。我國(guó)對(duì)于能源安全問(wèn)題十分關(guān)注，這也就表明我國(guó)對(duì)于能源與環(huán)境之間關(guān)系問(wèn)題上程度有限，造成我國(guó)環(huán)境問(wèn)題越加嚴(yán)重。

2 實(shí)驗(yàn)制備部分

本文在對(duì)于二氧化鈦基復(fù)合光催化材料制備過(guò)程中，主要制備的為分等級(jí)多孔花狀Nio/Tio-2p-n結(jié)光催化材料。這種材料在對(duì)于環(huán)境治理方面有著良好的性能，并且還能夠有效填補(bǔ)傳統(tǒng)二氧化鈦基復(fù)合光催化材料在制備上面所存在的缺陷，催化效果更佳顯著。

2.1 β-Ni(OH)2的制備。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所應(yīng)用到的全部實(shí)際都是分析純，能夠直接在實(shí)驗(yàn)內(nèi)應(yīng)用，并且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中都需要應(yīng)用到去離子水平。實(shí)驗(yàn)過(guò)程為Ni(NO3)2溶液與乙二胺進(jìn)行混合，混合比例為16:3.2，在向混合完畢之后的溶液內(nèi)添加氫氧化鈉溶液，化學(xué)反應(yīng)結(jié)束之后，需要使用去離子進(jìn)行洗滌，最后一個(gè)步驟進(jìn)行將洗滌之后的溶液進(jìn)行干燥。

2.2 樣品的表征。筆者在使用衍射儀器對(duì)于樣品的相組成及晶粒大小表征檢測(cè)。衍射儀器型號(hào)為HZG41B-PC，輻射源為Cu Kα，掃描速度為0.05，電壓為40kv，電流為80ma。

2.3 光催化活性測(cè)試。在對(duì)于樣品催化活性檢測(cè)中，整個(gè)實(shí)驗(yàn)是在室溫狀態(tài)下開(kāi)展，通過(guò)紫外線對(duì)于樣品催化氧化性能進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)步驟為：首先將樣品溶解到氯苯酚水溶液內(nèi)，催化劑在紫外光照射之前應(yīng)用，進(jìn)而保證水與氯苯酚之間的協(xié)調(diào)平衡。紫外光在對(duì)于溶液照射內(nèi)，光源一共有四個(gè)，分別是四個(gè)方向?qū)θ芤哼M(jìn)行照射，光源與樣品之間的距離為1cm。溶液在照射30min之后就需要對(duì)于溶液內(nèi)的氯苯酚濃度進(jìn)行檢測(cè)，與此同時(shí)還需要對(duì)于溶液內(nèi)NiO及TiO2所具有的光催化性能進(jìn)行分析對(duì)比，實(shí)驗(yàn)時(shí)間大約為3個(gè)小時(shí)完成。

3 結(jié)果與討論

3.1 相結(jié)構(gòu)。筆者對(duì)于Ni(OH)2衍射圖譜研究之后發(fā)現(xiàn)，圖譜內(nèi)每一個(gè)衍射峰值都能夠?qū)?yīng)一個(gè)單相，并且并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)雜峰的存在，這也就能夠表示β-Ni(OH)2擁有良好的純度。每一個(gè)衍射峰值之間距離較小，并且強(qiáng)度較高，這也就表示所制備出來(lái)樣品所擁有的晶化質(zhì)量?jī)?yōu)良。

3.2 SEM與TEM觀察。筆者在對(duì)于樣品形貌觀察中使用的是SEM，觀察之后發(fā)現(xiàn)樣品形狀都是花狀分等級(jí)的球體，球體直徑大約為6um。在使用高倍SEM圖像對(duì)于球體表面觀察中，能夠清晰看見(jiàn)每一個(gè)球體之間都是緊密堆積形成。

如圖一所示，為NiO2/TiO2復(fù)合微球在SEM觀察之下所呈現(xiàn)出來(lái)的圖像，由圖像可以發(fā)現(xiàn)微球大小大約為7um，與NiO微球大小大體相同。在從超結(jié)構(gòu)較大對(duì)于NiO2/TiO2復(fù)合微球局部圖像進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)TiO2粒子在納米表面上分布十分均勻。

圖1 NiO2/TiO2復(fù)合微球圖像

3.3 比表面積與孔徑分布。筆者在對(duì)于樣品結(jié)構(gòu)性能研究中，需要對(duì)于N2所具有的吸附和脫附進(jìn)一步進(jìn)行研究分析。在對(duì)于N2吸附和脫附性能研究中發(fā)現(xiàn)，每一個(gè)等溫線內(nèi)主要都分布在壓力為0.7左右的回環(huán)周?chē)?，這種現(xiàn)狀能夠表示空間樣品介孔與大孔范圍之內(nèi)擁有兩個(gè)峰值，并且這兩個(gè)峰值造成回環(huán)在形狀上存在較大差異。壓力在0.9左右回環(huán)所呈現(xiàn)的形狀為H3，該形狀主要來(lái)源于納米片所構(gòu)成的超結(jié)構(gòu)形狀上面，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與筆者在對(duì)于SEM圖像研究中所觀察到的結(jié)果相同。

3.4 光催化劑活性測(cè)試。在對(duì)于樣品光催化劑活性測(cè)試中，是通過(guò)紫外光照射氯苯酚水溶液特點(diǎn)開(kāi)展表征。紫外光在對(duì)于氯苯酚溶液照射時(shí)間不同，所呈現(xiàn)出來(lái)的吸收光譜也存在一定差異，進(jìn)而能夠形成吸收光譜變化曲線。氯苯酚在紫外光招收223s與280s之后會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)吸收峰值，但是在223s之后氯苯酚吸收速度快速下降，這種現(xiàn)狀表示樣品在催化劑作用之下開(kāi)始分解。

在實(shí)驗(yàn)條件相同的條件下，筆者對(duì)于TiO2與純NiO對(duì)于氯苯酚降解速度進(jìn)行了分析對(duì)比。在實(shí)驗(yàn)之后發(fā)現(xiàn)，純NiO樣品對(duì)于氯苯酚溶液并沒(méi)有任何光催化作用，主要原因是由于純NiO禁帶寬度大約為3，光催化性能想要被激發(fā)只能光源波長(zhǎng)一定要小于340nm，但是實(shí)驗(yàn)內(nèi)所使用紫外線光源波長(zhǎng)為365nm。TiO2在這種實(shí)驗(yàn)條件下就擁有良好的光催化活性，由此可以發(fā)現(xiàn)樣品所具有良好的光催化活性。

4 結(jié)論

二氧化鈦復(fù)合基催化材料是解決二十一世紀(jì)環(huán)境污染問(wèn)題中的新型材料，在實(shí)際應(yīng)用中由于具有無(wú)毒、無(wú)害及無(wú)腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，能夠反復(fù)利用，于傳統(tǒng)催化技術(shù)相比較，擁有更加良好的發(fā)展前景，因此對(duì)于二氧化鈦基復(fù)合光催化材料進(jìn)行研究具有重要意義。

[1] 余火根.納米—氧化鐵光催化材料的可控制備與光催化活性[D].武漢:武漢理工大學(xué),2014.

[2] 劉升衛(wèi).新型光催化納米材料的分等級(jí)組裝、改性及其活性[D].武漢:武漢理工大學(xué),2014.

劉振興，陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，半導(dǎo)體材料，光催化劑。

TQ 317. 4

A

1671-1602(2016)20-0028-01