（物理化学专业论文）介孔c掺杂二氧化钛光催化剂的低温制备及表征.pdf

硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 中文摘要 t i 0 2 光催化剂在污水和空气净化方面的应用得到越来越多的重视。但由于其能 带较宽( 3 2e v ) ，只能被波长小于3 8 7m 的紫外光激发。由于上述波段的光能量 只占太阳光中能量的3 5 左右，因此为了更有效地利用太阳光中的可见光能量， 开发对可见光响应的、高活性t i 0 2 光催化剂显得十分必要。 本文以葡萄糖和无定型t i 0 2 为前驱物在低温条件下制备出了具有可见光活性 的碳掺杂t i 0 2 光催化剂。与先前文献报道的高温合成碳掺杂t i 0 2 的方法不同，本 研究在1 6 0 0 c 水热反应的条件下成功低温制备出碳掺杂t i 0 2 光催化剂，并对产物催 化剂进行了，s ，t e m ，n 2 吸附一脱附和u v v i s 漫反射光谱表征。结果表明碳 掺杂t i 0 2 具有平均孔径大小为8m 的介孔结构以及高达1 2 6m 2 儋的比表面积。与 非掺杂的光催化剂相比较，碳掺杂t i 0 2 在4 0 0 6 0 0 眦光谱范围内表现出较好的可 见光吸收特性。在可见光的照射条件下( 九 4 2 0 衄) ，碳掺杂t i 0 2 在水溶液降解 砒出过程中表现出比非掺杂的t i 0 2 以及p 2 5 更高的光催化活性。 根据所得产物的x 一射线光电子能谱表征结果，我们推测碳酸根可能存在于我们 所制得的碳掺杂二氧化钛中。为了找出产物的可见光活性原因以及产物中碳的存在 形式，我们用红外光谱仪和核磁共振光谱仪对产物进行了更进一步的表征。结果表 明在碳掺杂二氧化钛中存在h c 0 3 。，c 0 3 2 。以及葡萄糖分解产物的中间体，这些均 可作为光敏剂，成为产物具有较高光催化活性的原因。另外，我们发现用本文采用 的水热法来制备碳掺杂二氧化钛时，无定形的二氧化钛作为二氧化钛的原料要优于 p 2 5 作为二氧化钛的原料，这可能是由于无定形的二氧化钛由于其较高的比表面和 比较多的o h 键，从而更有利于葡萄糖分解产物中间体与之结合形成碳掺杂t i 0 2 。 关键词：光催化；c 掺杂t i 0 2 ：水热法；低温合成。 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s a b s t r a c t t h e 印p l i c a t i o no ft i t a i l i u md i o 对d e 嬲ah e t e r o g e n e o u sp h o t o ca _ t a l y s ti sa t h a c t i i l g c o i l s i d e r a b l ea t t e n t i o nf o rw a t e r 锄da i rp u r i f i c a t i o n 锄【d 陀m e d i a t i o n ij o i t l m a t e l y ， b e c a u s eo f i t sl a 唱eb a i l dg 印o f 3 2e vi tc 趾b ea c t i v a t e do n l y 蚰d e ru v l i g h ti m t d i a t i o n o fw a v e l e n g t l l 4 2 0n m ) i i lo r d e rt o 丘i l do u tt l l eo d g i i lo fv i s i b l el i g h tp h o t o c a t a l y t i ca c t i v i 够a n d 吐i ei l a ：t u r eo f c a 】出o n a c e o u ss p e c i e si n 恤c 卸f b o nd o p e dt i 0 2 ，w e 仃e a t e dt h ep h o t o c a t a l y s t 、析t h d i f f e r e n tm e m o d sa 1 1 de v a l u a t e dt h ep h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t i e so ft h er e s u l t i n gn e w c a t a l y s t s n 聃u 曲 f t - 瓜 s p e c t r i l i n a i l d s o l i ds t a t ec 1 j - n m r s p e c 昀s c o p y c h a r a c t e r i z “o n ，、ef o u n dt h a th c 0 3 - ，c 0 3 厶i o 璐锄di i l t e 衄e d i a t ep r o d u c to fr e d u c t i o n o fg l u c o s ec o e x i s t e di nt h ec 删y s t s t h e s ec a r b o m c e o u ss p e c i e sm a yb ee m b e d d e d 谢t 1 1 i nm et i 0 2m a t r i x e st of o n nt i o cs n m c t u r e sa n da c t 嬲p h o t o s e l l s i t i z e r ，r e s u l 血g i i lt l l e1 1 i 曲p h o t o c a t a l ”i ca c t i v i 够o fo u rc a r b o nd o p e dt i 0 2 k e yw o r d s ：p h o t o c a t a l y s i s ；c - d o p e dt i 0 2 ；h y d r o 也e n n a l ；l o wt e m p e r i ：t i l i e s y n t h e s i s 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：百乃杰 日期：& 辟6 月2 ，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权 中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通 过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名： 似幺 日期：& 吣阡 4 2 0i 吼) 照射下砒l b 浓度随光照时间的变化曲线图。由实验结果可知，在没有光 催化剂存在的条件下，剐：l b 在可见光照射下的自降解并不是很明显，表明了i 岫 在可见光照射下具有较好的稳定性。然而在t i 0 2 一c l b ，p 2 5 ，未掺杂t i 0 2 和c d o p e d t i 0 2 存在的条件下，可见光照射5 个小时后，i 她的降解效率分别为9 ，2 2 ，3 2 和 5 9 。明显的，在降解砒m 时，c 掺杂t i 0 2 比p 2 5 和未掺杂的n 0 2 有着更高的光 催化活性，而且更为重要的是，我们制得的光催化剂在可见光照射下降解黜l b 比 n 0 2 一c 1 b 显示了更高的光催化活性。这显示了我们制备的c d o p e dt i 0 2 是一种高效 的对可见光响应的光催化剂。此外，我们也研究了不同c 掺杂量对c 掺杂t i 0 2 光 催化剂的光催化活性的影响。我们发现c 掺杂量不同的样品在可见光照射的条件 下降解i 之h b 活性差别不是很大，而且它们还有着相似的b e t 比表面积和孔径。 产物c 掺杂t i 0 2 样品具有较高的光催化活性可能归结为以下原因：一方面用 此方法制备得来的c 掺杂n 0 2 样品具有较高的比表面积，这使得催化剂表面有更 多的活性点数，能吸收更多的反应物种，从而提高了其催化性能；另一方面，我们 认为c 可能取代接近或位于n 0 2 表面的晶格n 原子，因为在c 掺杂之前t i 0 2 已经 形成。在c 掺杂到t i 0 2 上之后，样品带隙变窄，使之能吸收更多的可见光。表面 晶格t i 原子被取代可能也解释为什么不同c 掺杂量有着相似的光催化活性，因为 t i 0 2 表面晶格t i 原子有着一定的量，导致了c 取代n 原子是受到限制的。 吼i s a l 【a 及其合作者通过理论计算认为c 取代t i 0 2 晶格中部分t i 离子后形成 了碳酸根型的结构【5 。我们认为在我们所得到的产物催化剂中也存在碳酸根，这和 s 糊l i v e l 的报道结果是一致的【5 1 1 。此外，在水热的反应条件下葡萄糖的还原可能导 致t i 0 2 基质中含有其它含c 物种，这些物种可能提供了新的活性中心，这些都有 利于产物光催化剂光催化活性的提高。 2 l 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 图2 6 产物光催化剂在可见光条件下降解罗丹明b 效果图 一nboocmqjod 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 2 5 本章小结 我们以葡萄糖和无定型t i 0 2 为前驱物制备出了具有可见光活性的c 掺杂t i 0 2 。 与先前文献报道的高温合成c 掺杂t i 0 2 的方法不同，本研究在1 6 0 0 c 水热反应的 条件下低温制备出c 掺杂t i 0 2 光催化剂。对产物催化剂进行了m ，s ，t e m ，吸 附一脱附和u v v i s 漫反射光谱表征。表征结果表明c 掺杂t i 0 2 具有平均孔径大小 为8 m n 的介空结构以及高达1 2 6 m 2 儋的比表面积。与非掺杂的光催化剂相比较，c 掺杂t i 0 2 在4 0 0 一6 0 0m 光谱范围内表现出较好的可见光吸收特性。在可见光的照 射条件下( 胗4 2 0 啪) ，c 掺杂t i 0 2 在降解砒l b 过程中表现出比t i 0 2 以及p 2 5 更 高的光催化活性。 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 第三章碳掺杂二氧化钛的f t i r 及c 1 3 n m r 表征 3 1 引言 自从1 9 7 2 年f u i i s h j m a 和h o n d a 报道t i 0 2 的光催化性能以来【5 1 ，光催化受到 了越来越广泛的关注。t i 0 2 作为一种理想的光催化剂，由于其独特的化学稳定性、 无毒和廉价和可以利用太阳光这种取之不尽的能源等优点，已经在环境治理中显示 出了巨大的潜力口，4 3 彤，5 羽。但是，二氧化钛由于带隙能为3 o 一3 2 e v ，因此对太阳光 的利用效率非常低，所以将二氧化钛的带隙能拓展到可见光范围内是这一领域的当 前任务。对此，各种各样的过渡金属和金属离子渗进了二氧化钛中口o ，2 6 ，4 7 4 8 1 ，近年 来，非金属掺杂( 包括氮、碳、硫、硼等等) 的二氧化钛也日益增多瞄，2 4 ，5 9 1 。与这 些金属掺杂的二氧化钛相比，非金属掺杂二氧化钛在可见光下表现出比较高的光催 化活性，这表明非金属掺杂二氧化钛在利用太阳能降解空气和水中的污染物有很大 的潜力【5 0 ，6 0 ，6 1 1 。 作为一种有潜力的可见光催化剂，碳掺杂二氧化钛已经经过不同的合成方法成 功得到5 1 ，6 2 稍】。然而有趣的是，在碳掺杂二氧化钛中碳的存在形态是不一样的。通 过x 一射线光电子能谱( s ) 与红外光谱( i r ) 的表征，有两种c 的形态被提出， 一种是碳原子取代了二氧化钛中的氧原子【2 4 ，5 0 ，6 2 1 ，还有一种是在t i 0 2 的表面附着碳 酸根陬6 5 1 。例如，c h o i 等人回用煅烧t i c 的方法得到碳掺杂的二氧化钛，并且指出 在所得的碳掺杂的二氧化钛中碳原子取代了二氧化钛晶格中一部分氧原子的位置， 从而导致所得二氧化钛在可见光下有较高的光催化活性。与此不同，s 凼l l i v e l 等人 【5 1 】利用四氯化钛在四丁基氢氧化铵中水解然后再经过4 0 0 0 c 和5 0 0 0 c 煅烧得到碳掺 杂二氧化钛，他们认为所得产品中碳酸根的存在引起二氧化钛在可见光下有较高的 光催化活性。 在先前的工作中【删，我们已经报到了一种通过在1 6 0 0 c 的低温下水热分解葡萄 糖制备介孔碳掺杂二氧化钛的方法。我们的产物在可见光下降解黜忸显示了优于 p 2 5 的光催化活性( 炒4 2 0 i l i l l ) 。根据产物的x 一射线光电子能谱表征结果，我们推 测碳酸根可能存在于我们所制得的碳掺杂二氧化钛中。为了找出产物的可见光活性 以及在所得碳掺杂二氧化钛中碳的存在形式，我们用红外光谱仪和核磁共振光谱仪 对产物进行了进一步的表征。 2 4 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 3 2 实验部分 3 2 1 实验试剂及实验设备 无水乙醇( c 2 h 5 0 h ) ：分析纯，含量芝9 9 7 ，国药集团化学试剂有限公司； 异丙醇钛( 面c 1 2 h 3 2 0 4 ) ：含量9 7 ，埘c h ； 葡萄糖( c 6 h 1 2 0 6 ) ：分析纯，国药集团化学试剂有限公司； 以聚四氟乙烯内胆，不锈钢为外套的反应釜； j a 2 0 0 3 n 型电子分析天平( 上海精密科学仪器有限公司) ，用于药品质量的称量； t c l 1 6 g a 型台式高速离心机( 湖南星科科学仪器有限公司) ，用于产物的离心分 离； c s l 0 1 1 e b n 型电热鼓风干燥箱( 重庆四达实验仪器有限公司) ，用于烘干样品、玻 璃仪器。 马弗炉( 武汉元素科技有限公司) ，用于在空气中煅烧样品。 管式炉( 武汉元素科技有限公司) ，用于在氮气中煅烧样品 3 2 2 介孔c 掺杂t i0 2 光催化剂的低温制备 无定形t i 0 2 颗粒通过四异丙醇基钛在乙醇溶液中水解而制得【5 4 】。首先，向1 0 0 m l 乙醇溶液中滴加o 4 m l 浓度为0 1 m o 。的k c l 溶液，然后在磁力搅拌的条件下 加入2 2 m l 四异丙醇钛。搅拌l o 分钟后有白色沉淀生成，沉降该悬浊液2 4 小时， 然后离心分离并在6 0 0 c 的条件下烘干，产物即为无定形t i 0 2 。 c 掺杂t i 0 2 通过下述方法制得：0 4 0 2 9 无定形t i 0 2 和0 0 1 8 9 葡萄糖一同加入 盛有1 8i n l 去离子水的容积为2 2m l 的高压反应釜内，然后在1 6 0 0 c 的烘箱中保持 1 2 小时，自然冷却到室温。收集到的产物分别用乙醇和去离子水清洗2 3 次，在 6 0 0 c 的条件下烘干( 记为t i 0 2 c ) 。作为对比，用葡萄糖和p 2 5 做为碳源和二氧 化钛源的碳掺杂二氧化钛( 记为p 2 5 c ) 利用与上述相似的方法制备出来。 3 2 3 表征 使用n i c o l e t 公司n e x u 系列智能型研究级傅立叶变换红外光谱仪测定样品 的结构，用k b r 小球做为分束器。使用b 九j c k e ra c 2 0 0 核磁共振仪测定样品。 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 3 3 结果与讨论 3 3 1 傅立叶红外光谱表征 f i 吸光谱仪用来对产物( t i 0 2 一c ) 的表观进行表征。如图3 1 所示，在3 3 7 7 c m 1 处的吸收峰表明t i o h 的存在，这可能是由于空气中的水分子中用氢键吸附在二氧 化钛的表现造成的【d 7 1 。l6 3 0 c m 1 处的微弱的吸附与二氧化钛表面物理吸附的水分子 中h o h 键的变形振动相对应【5 2 1 ，而1 4 0 9 c m - 1 处的吸收则表明c 0 3 2 。与h c 0 3 的 存在【6 8 1 。在1 0 4 9 和1 0 9 0 c m 以处有两个连续的峰是由t i o c 结构中c o 的拉伸振 动引起的1 6 圳。此外，在2 9 1 9 和2 9 7 3 c m 1 中的两个峰则对应亚甲基c h 键的对称振 动，反对称振动，以及甲基的不对称振动所引起的吸收峰【7 0 】。红外光谱的测试结果 表明，在原始的样品中有部分葡萄糖的分解产物。 图3 1c 掺杂t i 0 2 ( t i 0 2 一c ) 的傅立叶红外光谱图 3 3 2c 侣核磁共振表征 用固体核磁共振对样品进行了进一步的表征。图3 2 中1 8 4 p p m 和1 6 8 p p m 处的 核磁共振的信号分别对应h c 0 3 。和c 0 3 2 的特征峰。由此可以表明所得碳掺杂二氧 化钛( t i 0 2 c ) 中有o c = o 结构。而对应于葡萄糖分解产物中含有甲基和亚甲基 可由1 9 2 0 p p m 和3 0 p p m 处的信号证实。8 4 p p m 处的信号则对应于葡萄糖的中间产 物。为了证实所得的结论，我们给出一个s u i l 等人【7 1 】报道过的碳球的生长模型示意 图表示的关于葡萄糖分解产物的c 1 3 核磁共振评价图( 如图3 3 所示) 。另外，从 图3 2 中我们可以看出当样品t i 0 2 c 在空气中经过3 0 0 0 c 两个小时的煅烧后 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s ( t i 0 2 c 2 ) ，谱图中1 8 4 p p m ，8 4 p p m ，1 9 2 0 p p m 和3 0 p p m 处的吸收降低，我们推 测这是由于h c 0 3 。和葡萄糖分解的有机片断的消除引起的。 4 9。9 。9 ；强 91 螂。槲 图3 2 样品的固相c 1 3 核磁共振光谱图：( a ) c 掺杂t i 0 2 ( t i 0 2 c ) ，( b ) c 掺杂t i 0 2 ( t i 0 2 c ) 在空气中3 0 0o c 煅烧2 小时( n 0 2 c 2 ) 。 c h e m n m rc - 1 3e s t i m a t i o n h h h h o 0 o 0 图3 3 葡萄糖还原产物的n m rc 1 3 图谱。 o o 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 3 4 光催化结果与讨论 在可见光照射下，我们对样品进行了降解砒l b 的测试。在进行光催化实验之前， r h b 先在暗光下用电动搅拌器搅拌一个小时以保证吸一脱附平衡，各个时间的砒l b 的浓度用最大吸收值来简单测量。图3 4 是经过光催化降解后砒m 的浓度与降解时 间的曲线图。从图中可以看出，碳掺杂二氧化钛( t i 0 2 c ) 在空气中3 0 0 0 c 下煅烧 两个小时所得产物t i 0 2 c 2 光催化活性有所下降，而且，在空气中当煅烧温度为4 0 0 o c 时所得产物t i 0 2 c 1 的活性更低。 光催化活性的降低可能是由于样品在空气中煅烧后碳的含量和葡萄糖分解产物 的减少，从而减少了影响光催化活性的活性中心引起的。煅烧后的碳掺杂二氧化钛 颜色明显变白，这也说明了碳元素和葡萄糖分解产物在煅烧过程中有部分被除去。 根据这个解释，煅烧温度为3 0 0 0 c 时，还不足以将碳和葡萄糖的分解产物全部除去， 因此空气中3 0 0 0 c 下煅烧两个小时所得的产物t i 0 2 c 2 的光催化活性优于在空气中 4 0 0 0 c 下煅烧两个小时所得产物t i 0 2 c1 。 l e t h i l 柚n 等人证明了碳掺在二氧化钛的晶格中是引起二氧化钛在可光见范围内 有光催化活性的原斟7 2 1 。我们的催化剂在可见光下降解砒出也有与此类似的机理。 产物中的碳酸根和葡萄糖的分解产物在此起着光敏剂的作用，经过可见光的照射， 光敏剂被激发放出一个电子进入二氧化钛的导带中，然后这个电子与吸附中二氧化 钛表面的0 2 结合，生成0 2 7 。 有趣的是，当碳掺杂二氧化钛( t i 0 2 c ) 在n 2 气氛围下3 0 0 0 c 煅烧两个小时后 所得产物t i 0 2 c 3 在可见光下降解砒m 竟然几乎没有什么光催化活性，但是样品在 一个小时内对黜l b 的吸附量竟达到6 3 。t i 0 2 一c 3 这种特殊的吸附性质可能是由于 在氮气中煅烧时，含碳的有机物转变成碳单质【7 3 1 ，因而产物的表面吸附能力增强所 致。由此我们可得出在氮气氛围中煅烧后产物中的碳单质并不能引起光催化活性的 提高。 另外，我们还研究了用葡萄糖和p 2 5 做为碳源和二氧化钛源，用与制备碳掺杂 二氧化钛( t i 0 2 c ) 类似的方法所制得的产物( p 2 5 c ) 在可见光照射下( ) p 4 2 0 r l i l l ) 降解砒m 的光催化活性。如图5 所示，可以看到p 2 5 一c 在空气和氮气中3 0 0 0 c 煅烧 两个小时所得的产物( p 2 5 c 1 和p 2 5 c 2 ) 在可见光下几乎都没有光催化活性。而 p 2 5 c 的活性甚至还没有p 2 5 的好。这个结果表明，在用本文的方法制备碳掺杂二 氧化钛时，用无定形的二氧化钛做为二氧化钛的原料要比p 2 5 做为原料好。 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 可能在合成碳掺杂二氧化钛的水热过程中，葡萄糖的分解，二氧化钛的结晶和 碳掺杂是同时发生的，因此，葡萄糖的分解产物跟无定形二氧化钛表面的o h 很容 易结合形成t i o c 结构，而这是对产物有较高的光催化活性非常重要。另一方面， 我们所制得的无定形二氧化钛具有很高的比表面，所以h c 0 3 。，c 0 32 和葡萄糖分解 产物的中间体在二氧化钛结晶时可以轻易进入二氧化钛球中，生成更多的活性中 心。相反，由7 0 锐钛矿与3 0 金红石组成的p 2 5 的比表面只有5 0 m 2 g o7 4 。，且与 无定形二氧化钛相比一o h 的含量较少，因此葡萄糖的分解产物与p 2 5 的o h 结合较 少并且比较困难，这从所得产物中，p 2 5 c 的颜色比t i 0 2 c 的浅也可以看出。另外， 由于p 2 5 较小的比表面，葡萄糖分解产物大部分附着在其表面影响了活性中心的活 动，从而降低了光催化活性。 图3 4 可见光( 珍4 2 0 i l l n ) 下不同催化剂对黜出的吸附和降解比较图：( a ) t i 0 2 c 1 ( 样品t i 0 2 c 在空气中4 0 0 0 c 煅烧2 个小时) 、( b ) 面0 2 c 2 ( 样品n 0 2 c 在空气中3 0 0 o c 煅烧2 个小时) 、( c )t i 0 2 一c 和( d ) t i 0 2 c 3 ( 样品t i 0 2 c 在氮气中3 0 0 0 c 煅烧2 个小时) 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 图3 5p 2 5 、p 2 5 c 、p 2 5 一c 1( p 2 5 c 在空气中3 0 0 0 c 煅烧2 小时) 和p 2 5 一c 2 ( p 2 5 一c 在氮气中3 0 0 0 c 煅烧2 小时) 在可见光( 胗4 2 0 m ) 下降解砒出的比较图。 3 5 本章小结 本文用红外光谱仪，c 1 3 核磁共振光谱仪对f j 期做的碳掺杂二氧化钛进行了进一 步表征，并进行了可见光催化活性的测试。结果表明在碳掺杂二氧化钛中存在 h c 0 3 ，c 0 3 玉以及葡萄糖分解产物的中间体，这些均可做为光敏剂，使产物具有较 高光催化活性的原因。另外，我们发现用本文采用的水热法来制备碳掺杂二氧化钛 时，无定形的二氧化钛做为二氧化钛的原料要优于p 2 5 做为二氧化钛的原料，这可 能是由于无定形的二氧化钛较高的比表面和比较多的一o h 键而更有利于葡萄糖分解 产物中间体与之结合，从而形成有利于光催化活性的结构。当产物在空气和氮气中 经过煅烧后，光催化活性降低，这可能是由于高温煅烧将产物中的活性中心破坏掉 了。 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 结论与展望 自从1 9 7 2 年日本科学家f u j i s h i l i l a 和h o n d a 发现在t i 0 2 电极上光解水制h 2 以 来，光催化技术受到了越来越广泛的关注。t i 0 2 作为一种理想的光催化剂，由于其 独特的化学稳定性、无毒和廉价等优点，已经在降解水和空气污染物中显示出巨大 的潜力。但是由于其禁带宽度较大( 3 2e v ) ，只能吸收太阳光中的紫外光部分， 导致其利用太阳能的效率较低。为了提高t i 0 2 的量子产率，研究人员采取了很多有 效的方法，如金属离子掺杂，非金属掺杂，染料敏化以及形成复合氧化物等，从根 本上提高其利用太阳能的效率。 本文以葡萄糖和无定型t i 0 2 为前驱物在低温条件下制备出了具有可见光活性 的碳掺杂t i 0 2 。与先前文献报道的高温合成碳掺杂t i 0 2 的方法不同，本研究在1 6 0 o c 水热反应的条件下成功低温制备出碳掺杂t i 0 2 光催化剂。对产物催化剂进行了 x r d ，s ，t e m ，n 2 吸附一脱附和u v v i s 漫反射光谱表征。表征结果表明c 掺杂 t i 0 2 具有平均孔径大小为8i l r i l 的介孔结构以及高达1 2 6m 2 g 的比表面积。与非掺 杂的光催化剂相比较，c 掺杂t i 0 2 在4 0 0 6 0 0m 光谱范围内表现出较好的可见光 吸收特性。在可见光的照射条件下( 九 4 2 0 衄) ，c 掺杂t i 0 2 在水溶液降解砒l b 表现出比未掺杂t i 0 2 以及p 2 5 更高的光催化活性。 根据所得产物的x 一射线光电子能谱表征结果，我们推测碳酸根可能存在于我们 所制得的碳掺杂二氧化钛中。为了找出产物的可见光活性以及在所得碳掺杂二氧化 钛中碳的存在形式，我们用红外光谱仪和核磁共振光谱仪对产物进行了更进一步的 表征。结果表明在碳掺杂二氧化钛中存在h c 0 3 。，c 0 3 以及葡萄糖分解产物的中 间体，这些均可作为光敏剂，使产物具有较高光催化活性的原因。另外，我们发现 用本文采用的水热法来制备碳掺杂二氧化钛时，无定形的二氧化钛作为二氧化钛的 原料要优于p 2 5 作为二氧化钛的原料，这可能是由于无定形的二氧化钛较高的比表 面和比较多的o h 键更有利于葡萄糖分解产物中间体与之结合，从而形成有利于光 催化活性的结构。 3 l 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 参考文献 ( 1 ) f a r i a l l t o ，r j ；h e c k ，r m c 锄正7 b ( 如彤2 0 0 0 ，5 5 ，17 9 ( 2 ) c h e n ，d ；j i a n g ，z ；g e n g ，j ；w 觚g ，q ；1 y 撕g ，d 五z d e 1 ，蟹i ：孺p m 月巴豇2 0 0 7 ，彳丘 2 7 4 1 ( 3 ) m i l l s ，a ；l eh u i l t e s ，s j 尸办d 幻c j i 2 p 所尸办d 幻6 f o 正彳? c 厅p 册1 9 9 7 ，j d 8 ，l 一3 5 ( 4 ) b o s e ，p ；g i a z e ，wh ；m a d d o x ，d s 肠纪，r 鳃1 9 9 8 ，3 2 ，9 9 7 一l0 0 4 ( 5 ) f 哂i s l l i m 岛a ；h o n d a ，k a f 扰愆1 9 7 2 ，2 3 8 ，3 7 3 8 ( 6 ) m i y a u c l l i ，m ；n a k 匈i m a ，a ；f q i s l l i m a a c 厅p m 朋斫p ，：2 0 0 0 ，j 2 ，3 5 ( 7 ) s a u e r ，m l ；o u i s ，d f ：zc 口f n 正1 9 9 6 ，j 5 8 ，5 7 0 一5 8 2 ( 8 ) r i c 1 1 i ，c s ；o u i s ，d f j = c 切口正1 9 9 0 ，j 2 2 ，1 7 8 1 9 2 ( 9 ) v o r o n t s o v ，a v ；s t o y a l l o v 岛i v ；k o z l o v ，d v jc 口砒2 0 0 0 ，j 8 9 ，3 6 0 - 3 6 9 ( 1 0 ) 余家国；赵修建武汉互必右学学报2 0 0 0 ，2 2 ，1 2 1 5 ( 11 ) a l b 商c i ，r m ；j 砌i m ，w n 纫正砒b j 勘v 如刀1 9 9 7 ，j 4 ，5 5 6 8 ( 1 2 ) b r i l l a s ，e ；m u r ，e ；s a u l e d 岛r 。4 王拼c 姒b j 砌忧m 刀1 9 9 8 ，玩3 1 4 2 ( 1 3 ) t o m h e 诵c z ，m c 口砒乃奶e2 0 0 0 ，5 & 1 1 5 1 2 3 ( 1 4 ) h o f h n 锄，m r ；m a j t i i l ，s t ；c h o i ，w ；b a h n e m a i l i l d w p 坍月p v1 9 9 5 ，”， 6 9 9 6 ( 15 ) j u r 培，k y ；p a r k ，s b ；u n ，s k 4 j 印尻台dc h f 咖话彳? g p ，z p ，j 以2 0 0 2 ，2 2 4 ， 2 2 9 2 37 ( 16 ) k o i m n 锄i ，h ；k a t o ，j ；m u r a k a m i ，s ；i s l l i i ，y ；k o h n o ，m ；y a b u t a m ，k ； y 锄锄o t o ，t ；k e 氇y ；h l o u e ，m ；1 1 1 u i ，t - ；o h 切i l i ，b c 口幻正而奶2 0 0 3 甜， 1 8 1 1 8 9 ( 17 ) t o 玎e s m a i t i n e z ，c l ；k h o ，r ；m i a l l ，o i ；m e h 飓& k j = c d 肋耐砌胞咖凹 2 0 0 1 ，2 4 d ，5 2 5 - 5 3 2 ( 18 ) 咖i t ，k t ；s w a i l 劬a i l ，b 朋d 幻砌绷砌d 幻6 幻正么j 函p 胍2 0 0 3 ，j 5 彳， 2 9 9 _ 3 0 2 ( 19 ) c a r r a w a 弘e r ；h o 伍 n a m ，a j ；h o 伍【i l a i m ，m r e m ，f ，0 门5 台f 死c j i z ，z d ，1 9 9 4 ，2 邑 7 7 6 7 8 5 ( 2 0 ) c h o i ，w ；t e m i n ，a ；h o 丘m 啪，m r j = 尸帆函p 所1 9 9 4 ，她，l3 6 6 9 - 13 6 7 9 ( 2 1 ) 吴树新；马智；秦永宁；齐晓周；梁珍成物理纪学学按2 0 0 4 ，2 d ，1 3 8 1 4 3 3 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s ( 2 2 ) a k i h i k o ，h ；m i w a k o ，y ；h i r o a b ，t ；s e i s l l i r o ，i c 厅p 所昆舷1 9 9 8 ，7 0 7 7 0 8 ( 2 3 ) a s 出，r ；m o r i l 【a _ 、a ，t ；o h w a b ，t ；a o 虹，k ；t a g 孔y 把，z c p2 0 0 l ，2 9 3 ，2 6 9 2 7 1 ( 2 4 ) k h a i l ，s u m ；a i s h a l l m ；i n 酉e rj r ，w ：b f p ，z 卯2 0 0 2 ，2 97 ，2 2 4 3 2 2 4 5 ( 2 5 ) s u l l g s u l l ，h m ；c h o i ，j r ；h 也h j 砌咖c 办p 胤砌咖6 f d 正彳：幽p m 2 0 0 4 ， 1 6 3 ，奶础 ( 2 6 ) a n p o ，m ；1 址e u c i l i ，m j ( 幼以2 0 0 3 ，2 j 瓯5 0 5 - 5 1 6 ( 2 7 ) p i l k e n t o n ，s ；i 己a r e r y ，d 汤，耐黝纪 协c ， 互矗g 玎r p s d ，22 0 0 3 ，2 4 ，2 3 6 - 2 5 3 ( 2 8 ) 1 犯u m 如t ；t 酞e d 如s ；s a i t o h ，s ；o h k ，y ；f 脚i s h i i l l 毛a 眈c 加如p m c d 研m “玩 2 0 0 3 ，5 ，7 9 3 7 9 6 ( 2 9 ) t 酞a h a s m ，y ；n g a o 缸呔a n 谢w a t ，p ；1 a t s 啪毛t e 昆c 舳c 厅砌纪口彳c 幻2 0 0 4 ，锣， 2 0 2 5 2 0 2 9 ( 3 0 ) h u ，c ；砀呜，yc ；y u ，j c ；w o n g ，p k 却正c 口砒b j 勘v 加以2 0 0 3 ，4 d ，1 3 1 1 4 0 ( 31 ) k u m a r ，a ；j a 址a k j = 如正( 砌正彳c 办p m 2 0 0 1 ，6 5 ，2 6 5 2 7 3 ( 3 2 ) z h a n 岛m l ；a 玛t c ；h u ，x h ；w 抽g ，c ；s h e n g ，gy ；f u ，j m 却正c a 砒 彳一( ；e n 2 0 0 4 ，2 6 d ，2 15 - 2 2 2 ( 3 3 ) t e r 锄u 飓k ；t 趾a k 如t ；k a i l i ，m ；h o s o k a w 砧t - ；f u i l a b i k i ，t z 胁正c 矗砒 么- ( 汤e m 2 0 0 4 ，2 嬲，2 9 9 3 0 5 ( 3 4 ) 傅希贤；杨秋华；白树林纪学乙j 屿乙彦1 9 9 9 ，j 玩3 1 6 3 1 9 ( 3 5 ) 桑丽霞；傅希贤；白树林感觉稃学专老纪学2 0 0 1 ，j 9 ，1 0 9 1 1 5 ( 3 6 ) l 沁s w ；s o n g ，c f ；l v ，m k 砒c d 聊聊堋2 0 0 3 ，t3 4 3 3 4 6 ( 3 7 ) y a o ，w jf ；w a i l g ，h ；h ，x x 仰正c 臼f 以彳一g p 绝2 0 0 4 ，2 5 9 ，2 9 3 3 ( 3 8 ) m ，w ：f ；毫岫g ，h ；x u ，x h 卸正c 讲以么一g p 尼2 0 0 3 ，2 4 3 ，18 5 19 0 ( 3 9 ) y _ a o ，w f ；g ，h ；x ux h ；z h o u ，j ；g ，x ；z h a l l g ，y ；s h a n g ，s 却， c 锄正彳一g p 刀2 0 0 4 ，5 2 ，10 9 ( 4 0 ) z o u ，z g ；y e ，j h ；s a y 锄砧k ；a 均k a w a ，h 口f 舭2 0 0 1 ，4 j 4 ，6 2 5 ( 4 1 ) y ，e ，j h ；z o u ，z g ；o s h i k i r i ，m ；m a t s u s l l i t a ，a ；s l l i m o d a ，m ；h n a i ，m ；s 1 1 i s m d o ， t c | l z e m p i l 】归三p 纪2 0 0 2 ，3 5 瓯2 2 1 ( 4 2 ) t h g ，j w ；y e ，j h 么玎g 洲劬p 聊，咖t 磁2 0 0 4 ，钳，4 4 6 3 ( 4 3 ) l i t t e r ，m i 切正国砌正b ? 砌1 ，泐，2 1 9 9 9 ，刀，8 9 ( 4 4 ) f 可i s l l i m a ；r a o ，t n ；哪k ，d a jp 厅d 幻c 办p 所尸乃d 幻6 砌正c 尸办d 幻c 办p 所r p v 2 0 0 0 ，j ，1 ( 4 5 ) f o x ，m a ；d u l a y ，m t c 饧p 胍足p v1 9 9 3 ，9 3 ，3 4 1 3 3 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s ( 4 6 ) n a s m t 如h ；i c b i l l a s l l i ，y ；嘲( e u c l l i ，m ；k i s m g u c l l i ，s ；a 叩o ，m = 5 跏c | i z r d 折d ，2 r 伽锄t1 9 9 9 ，瓯4 5 1 ( 4 7 ) o s e k s ；黜血e 吼d j 尸矗坶劬p 舰b2 0 0 l ，j d 5 ，2 8 1 5 ( 4 8 ) g h o s l l ，a k ；m a m s k a gp 上泷c 加如p 研勋d1 9 7 7 ，2 4 ，1 5 1 6 ( 4 9 ) 蛳，m c 臼矗以鼬州咖刀1 9 9 7 ，j ，1 6 9 ( 5 0 ) i r i e ，h ；w a t a l l a b e ，y ；h a s m m o t o ，k c 矗p 聊三p 纪2 0 0 3 ，3 2 ，7 7 2 ( 51 ) s a l 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