阴阳离子掺杂和异相复合二氧化钛光催化材料的光谱学研究

TiO2光催化是在光照条件下, TiO2表面所产生的氧化还原能力分解水制氢和降解微量污染物的技术，是解决能源和环境问题最理想的对策之一。目前, TiO2光催化的分解效率仍很低，光解水制氢达不到应用水平，降解微量污染物也得不到大规模的发展。针对目前TiO2的光催化效率急需提高的迫切要求，本课题提出将阴阳离子掺杂和异相复合两手法有机结合的新思想用于制备高效TiO2光催化剂。拟采用同步辐射XAFS和穆谱联用为主，结合XRD、HRTEM、XPS、ESR、差热、红外、吸附量热等表征，对新型阳离子铁和阴离子碳及氮掺杂锐钛矿/金红石复合型TiO2及其与Fe2O3、HAp的复合材料进行系统研究，并与传统的TiO2光催化剂相对比，明确在光照和光催化反应发生条件下，阴阳离子掺杂和异相复合TiO2表面和体相中铁的存在状态与其光催化活性的关联，为进一步探明含铁TiO2基纳米材料的光催化机理提供直接的实验证据。

本项目通过应用具有自主知识产权的特殊化学溶液法，成功制备3种系列的可见光应答型二氧化钛微粒：1）金红石/锐钛矿异相复合光催化剂，2）铁掺杂、锡掺杂以及铁锡共掺杂金红石/锐钛矿异相复合光催化剂，3）铁掺杂、锡掺杂以及铁锡共掺杂金红石相光催化剂。在系统调查3种系列的二氧化钛微粒在可见光下的光催化降解亚甲基蓝色素的催化活性的同时，利用XAFS、穆谱和XPS等各种先进的光谱学技术以及高倍电镜等常规表征技术系统研究了它们的结构和光吸收性质。研究结果表明，将离子掺杂和异相复合两手法结合的新思想是进一步提高二氧化钛光催化活性的有效途径。