阳极氧化法制备TiO2纳米管及其光催化性能

纳米TiO₂对诸多环境污染物有显著的光催化降解作用,光催化已发展成为新型环境污染治理技术。本文采用阳极氧化法制备出TiO₂纳米管,对比了四种电解液组成(A氟化铵+硫酸铵+水;B氟化铵+硫酸铵+乙酸+水;C氟化铵+硫酸铵+甘油+水;D氢氟酸+二甲基亚砜(DMOS)+乙醇)对催化剂表面形貌及光催化性能的影响。结果表明,电解液A和C都制备出了形貌清晰的TiO₂纳米管,管径约为60~74 nm。样品经400 ℃煅烧,TiO₂晶型主要为锐钛矿相;经500 ℃煅烧,出现少量金红石相;经700 ℃煅烧,晶型全部为金红石相。具有良好形貌的TiO₂纳米管同时具有良好的紫外光吸收能力。当亚甲基蓝初始浓度为10 mg·L^-1,经500 ℃煅烧的TiO₂纳米管光催化活性最佳,光照30 min亚甲基蓝的降解率达89.98%。亚甲基蓝光催化降解反应符合一级反应动力学,反应速率常数为0.079 30。     

氟掺杂TiO2纳米管的可见光催化活性及第一性原理计算

作为光催化技术的核心, 提高TiO₂的光催化活性和对可见光的利用率是当前光催化研究中最重要的研究课题. 为了提高TiO₂纳米管的可见光催化活性, 采用化学气相沉积法对TiO₂纳米管进行了氟掺杂. 扫描电子显微镜(SEM)结果表明退火温度对于TiO₂纳米管的形貌完整性有较大影响, 当样品在550和700 °C下退火, 氟掺杂TiO₂纳米管结构受损; X射线衍射(XRD)分析表明氟掺杂对TiO₂由锐钛矿相转化为金红石相有阻碍作用; X射线光电子能谱(XPS)测试表明化学气相沉积能有效地对TiO₂纳米管进行非金属掺杂, 且该方法安全、操作简单. 氟掺杂TiO₂纳米管对甲基橙有较高的可见光催化降解活性. 第一性原理计算结果表明氟掺杂对TiO₂带隙无显著影响, 费米能级附近的F 2p轨道电子位于价带底部, 与O 2p交联作用较小, 因此对TiO₂光吸收带边影响不大. 氟掺杂能促进表面氧空穴的产生, 增加表面酸度与Ti³⁺, 有利于减少电子-空穴复合率, 从而提高其光催化活性.