楊在志，傅小明，許新宇，朱良懷

（宿遷學(xué)院 材料工程系，江蘇 宿遷 223800）

1 TiO2光催化劑研究背景

隨著日益嚴(yán)重的環(huán)境污染，節(jié)約能源和保護環(huán)境成為人類共同面對的難題。以利用太陽能實現(xiàn)降解有機污染物的光催化技術(shù)成為研究的熱點領(lǐng)域[1]。納米TiO2光催化劑具有性質(zhì)穩(wěn)定、來源廣泛等特點，是一種頗具有研發(fā)及應(yīng)用前景的光催化材料。目前，納米TiO2光催化劑仍存在禁帶寬度大（3.2 eV）、對太陽能的利用效率低等方面的缺點[2]。TiO2的摻雜改性可以提高光催化性能。金屬原子能夠接收電子，獲得TiO2導(dǎo)帶中的自由電子，減小電子和空穴復(fù)合，提高光催化效率，常用的金屬有：Fe[3]、Cu[4]、Zn[5]等。

與Ti相比較，金屬Sr具有更大的原子半徑，可以在TiO2晶格中引入更多的缺陷，減小TiO2禁帶寬度，增大對太陽光的吸收波長。本實驗采用溶膠-凝膠法合成Sr摻雜納米TiO2光催化試劑，研究摻雜量、合成工藝參數(shù)對納米TiO2光催化性能的影響。

2 實驗過程

2.1 合成步驟

將一定量的Sr（NO3）2（Sr/Ti=1.5%）溶于30 mL無水乙醇和4 mL蒸餾水的混合溶液中，形成溶液A；將12 mL酞酸丁酯加入到60 mL無水乙醇和冰醋酸溶液中，配成溶液B。將溶液A在電磁攪拌的情況下緩慢滴加到溶液B中，繼續(xù)攪拌2 h。室溫陳化48 h后在水浴鍋中進行干燥處理，在400 ℃，500 ℃，600 ℃下煅燒3 h，得到Sr摻雜納米TiO2光催化試劑。

2.2 檢測與表征

利用DX-2800型X射線衍射儀（XRD）分析樣品的物相組成，JEM200CX型透射電子顯微鏡（TEM）觀測樣品顯微形貌，UV-1700型紫外-可見光分光計（UV-Vis）檢測光催化性能。

2.3 光催化性能測試

稱取200 mg TiO2試樣加入到300 mL質(zhì)量濃度為40 mg/L的甲基橙溶液中，超聲分散30 min，用250 W氙燈模擬太陽光照，每20 min取試樣一次，離心后取出上層水溶液，測試樣品的吸光度，通過公式η=（C0－Ct）/C0計算降解率，其中：η為溶液分解率；C0為初始吸光度；Ct為t min吸光度。

3 結(jié)果與討論

3.1 XRD分析

煅燒工藝對納米TiO2光催化試劑（Sr/Ti=1.5%）的XRD曲線如圖1所示。從樣品的衍射曲線可以看出，在2θ=25.03°，38.12°，48.31°，54.40°處分別對應(yīng)TiO2銳鈦礦相的（101），（004），（200），（105）衍射峰。在較低的煅燒溫度下，由單一的銳鈦礦相組成，當(dāng)溫度到600 ℃后，樣品在2θ為32.5°處出現(xiàn)TiO2的金紅石相的（110）衍射峰，形成雙相組織。

圖1 TiO2光催化試劑的XRD曲線

3.2 TEM分析

不同煅燒溫度下TiO2試樣（Sr/Ti=1.5%）TEM顯微組織如圖2所示。銳鈦礦相的晶粒成規(guī)則的球狀，低溫下，粒子尺寸較小、空隙較大、密度較低。高溫下，粒子之間的空隙逐漸降低，尺寸變得不均勻。在晶化溫度為500 ℃的條件下，晶粒分散性高、大小比較均勻，晶粒尺寸約為6～18 nm，表面積較大。

圖2 樣品的TEM顯微組織（Sr/Ti=1.5%）

3.3 UV-Vis測試

圖3為納米TiO2光催化劑對甲基橙模擬有機污染物的光催化降解曲線。隨著光照射時間的增長，甲基橙溶液的濃度逐漸降低。在500 ℃時光催化活性最高，光催化降解率達到92%。當(dāng)溫度升到600 ℃后，光催化活性降低，原因可能是在高溫下，晶粒變得粗大且尺寸分布不均勻，表面積減小所致。

圖3 納米TiO2光催化降解效率曲線

4 結(jié)語

Sr摻入量為1.5%的納米TiO2光催化劑由單一銳鈦礦相組成，經(jīng)500 ℃煅燒后晶粒分散性好，晶粒尺寸在6～18 nm，減小電子軌道能級，形成電子俘獲陷阱，光催化降解率為92%。