金红石相TiO2纳米棒的氢化处理及其光催化活性

金红石相TiO2纳米棒的氢化处理及其光催化活性

表面光电压谱(SPS)技术越来越多地应用于研究固体材料的表面物理性质和相间电荷转移过程,可以得到材料中光生电荷的基本属性。为了得到具有缺陷结构的二氧化钛的表面光电荷性质，黑龙江大学崔海琴等人对金红石相二氧化钛纳米棒样品进行了氢化处理，并利用表面光电压技术研究了样品的光生电荷属性及分离状况, 初步探讨了光催化活性提高的机制。实验以钛酸四丁酯为钛源,通过盐酸调制的水热法制备出了具有棒状结构的金红石相纳米TiO2,并进一步进行高温氢化处理。采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、紫外-可见-近红外漫反射(UV-Vis-NIR DRS)、电子顺磁共振(EPR)和表面光伏(SPS)等测试手段对样品进行表征,以气相乙醛和液相苯酚为目标污染物考察了金红石相二氧化钛纳米粒子在可见光、紫外光和模拟太阳光条件下样品的光催化活性。结果表明:随着高温氢化处理时间的延长,TiO2样品的可见光吸收逐渐增强,其颜色逐渐由白色转变成灰色,这主要与引入的Ti3+/氧空位缺陷有关。表面光电压谱和羟基自由基测试表明,适当时间的氢化处理有利于光生电荷的分离。在光催化氧化降解气相乙醛和液相苯酚过程中,经适当时间氢化处理的样品表现出高的可见光催化活性。并且可见光催化活性的规律与紫外光下的是一致的。这是因为氢化处理后在导带底下方引入了缺陷能级,拓展了可见光响应。过度的氢化处理会在TiO2导带下方引入较低的缺陷能级,使光生电荷的复合加剧,导致光催化活性降低。

摘自《物理化学学报》