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研发可见光响应型光催化剂,充分利用太阳光的能源降解废水中的有害物质,减轻或治理水资源的污染,是解决当前能源与环境问题的一条有效途径。目前,研究最为广泛的光催化剂多为半导体材料;但是由于半导体材料禁带宽度较大,对可见光的响应性差,为了能够有效利用占太阳能总能量43%的可见光,就必须对该类材料进行改性。
钛酸锶半导体材料具有适宜的禁带宽度和良好的稳定性,是一种极具开发潜力和应用前景的光催化材料。本文针对钛酸锶的结构特点及性质,对其进行掺杂改性研究;选择第一系列过渡金属元素Ni和稀土元素La为掺杂元素,通过考察各因素的影响,制备出可见光响应性好的Ni/La共掺型钛酸锶光催化剂。
具体研究工作如下:
在室温条件下采用溶胶-凝胶法制备了Ni/La共掺杂型SrTiO3光催化剂,该制备方法简单、操作易行,制备条件温和、易于控制。在对掺杂型SrTiO3光催化剂制备的研究中,具体考察了金属离子掺杂量、制备体系中的pH值、体系中阴离子的类型、加料速度、干燥温度以及焙烧温度等因素的影响;并采用XRD、UV-vis、SEM、XPS以及N2吸附等技术对所制备的光催化剂进行表征;还以其为催化剂催化降解亚甲基蓝,对其光催化性能进行测试;结果表明:共掺杂比单掺杂效果好,Ni/La能够很好的进入SrTiO3的晶格,大大降低了SrTiO3光催化剂的禁带宽度提高其在可见光区的响应,但Ni/La的掺入并未引起催化剂中Ti、O周围化学环境的明显变化,掺杂后催化剂的比表面积显著增加,掺杂量应低于2.5 mol%:制备体系的pH值应维持1.5左右,过高或过低都会影响所制备光催化剂的结晶度,进而影响光催化剂的催化性能;制备体系中的阴离子对光催化剂性能有较大影响,最佳的阴离子为氯离子;同时干燥温度和焙烧温度对光催化剂性能也有较大影响,最佳温度分别为110℃和650℃;本文所制备的共掺杂型SrTiO3光催化剂具有比商用P25更好的光催化活性,12h对亚甲基蓝的降解率达99%以上,而且具有很好的稳定性,能重复利用3次以上。