第11期 唐建军等：N/TOh可见光催化的氧化能力 ,1289 用，不能如活性艳红X-3B那样吸收420nm的可见 CHC00ˉ的小分子，并生成化学计量比的C02,出 光形成激发态，Ti02P25也不能吸收420nm的可 现此差异，可能是因为CHCOOˉ及NH为极性离 见光，而N/Ti02在主峰420nm的荧光灯作用下对 子，也可能是N/TiO2液固相可见光催化反应机理 2,4-DCP有很好的降解效果，无疑地说明掺杂N的 与其气固相可见光催化反应机理有区别，具体原因 引入促成了TO2光催化剂的可见光催化活性， 有待进一步深入研究， 100 由此推断，N/TiO2在可见光激发下产生的活性 80 -0-N/TiO, 物种的氧化能力较弱，不足以氧化CH3C00ˉ及 ■-Ti0,-P25 NH等小分子量物质，激发光源的波长在紫外区还 60 是可见光区与光催化的氧化能力是密切相关的.由 40 于有机物的光催化降解直至完全矿化是一个分步进 行的过程，降解过程可能生成一些如CH3C00ˉ等 汤 有机小分子量中间体，虽然Ti02在作掺N等改性 处理后有可见光催化活性，但在可见光激发下产生 30 6090 120 150 180 t/min 的活性物种的氧化性较弱，从而导致其可见光催化 降解有机物的低矿化度 图6N/T02可见光催化降解2,4二氯苯酚 Fig.6 2.4-dichlorophenol degradation by N/Ti02 photocatalysis 3结论 under visible light irradiation (1)在主峰420nm的荧光灯作用下，N/Ti02 图7表明：N/Ti02在主峰254nm或365nm的 及Ti02P25对活性艳红X-3B均有明显的降解作 紫外灯激发下，对CH3CO0ˉ有明显的降解作用，经 用，但两者涉及不同的反应机理， (2)在主峰420nm的荧光灯作用下，N/Ti02 300min对CH3C00的降解率分别约95%及40%； 对2,4二氯苯酚有明显的降解作用，掺杂N的引入 但在主峰420nm的荧光灯作用下，却对CH3C00 促成了Ti02的可见光催化活性 无降解作用，实验同时发现：N/TO2紫外光催化不 (3)N/TiO2在可见光激发下产生的活性物种 仅能降解CH3CO0,且溶液出现NO3的离子色谱 的氧化性较弱，不足以氧化分解CH3C00等小分 峰，即此时NH已被氧化为NO3;当以420nm的 子量的物质，从而导致可见光催化降解有机物的低 荧光灯作激发光源时则未发现这一现象，即N/TO2 矿化度， 可见光催化既不能氧化分解CHCO0ˉ，也不能将 (4)激发光源的波长在紫外区还是可见光区与 NH氧化为NO3,然而Thara12]及彭绍琴[13]等研 光催化的氧化能力是密切相关的， 究表明，掺氨Ti0z光催化剂在420nm或以上的可 参考文献 见光作用下，能完全降解气态丙酮及甲醛等类似 100r [1]Choi W,Termin A.Hoffmann M R.The role of metal ion 量254nm dopants in quantum-sized TiO2:correlation between photoreactiv- 80 -0-365nm ity and charge carrier recombination dynamics.J Phys Chem ★-420nm 1994,98(5):13669 60 [2]Ohno T,Tagawa F.Photocatalytic oxidation of water by visible light using ruthenium-doped titanium dioxide powder.J Pho- tochem Photobiochem A.1999.127:107 [3]Liu H.Wu HJ.Sun F X,et al.Study of photocatalytic degrada 20 tion of sulfosalicylic acid on titanium dioxided reduce by hydrogen. 土★，★一 J Mol Catal China.2001,15(1):47 0 100 200 300 400 500 (刘鸿，吴合进，孙福侠，等.氢还原二氧化钛光催化降解磺 t/min 基水杨酸的研究.分子催化，2001,15(1)：47) [4]Cui Y M.Fan S H.Zhang Y.Synthesis,characterization and 图7激发光源对N/TO2光催化降解CHC00一的影响 photocatalytic activity of rareearth doped TiOz nanometer parti- Fig.7 The influence of an irradiation lamp on CH3COO degrada- cles.J Univ Sci Technol Beijing.2006,28(10):956 tion by N/Ti02 photocatalysis (下转第1295页)用‚不能如活性艳红 X-3B 那样吸收420nm 的可见 光形成激发态‚TiO2-P25也不能吸收420nm 的可 见光‚而 N／TiO2 在主峰420nm 的荧光灯作用下对 2‚4-DCP 有很好的降解效果‚无疑地说明掺杂 N 的 引入促成了 TiO2 光催化剂的可见光催化活性． 图6 N／TiO2 可见光催化降解2‚4-二氯苯酚 Fig．6 2‚4-dichlorophenol degradation by N／TiO2 photocatalysis under visible light irradiation 图7表明：N／TiO2 在主峰254nm 或365nm 的 紫外灯激发下‚对 CH3COO －有明显的降解作用‚经 300min 对CH3COO －的降解率分别约95％及40％； 但在主峰420nm 的荧光灯作用下‚却对 CH3COO － 图7 激发光源对 N／TiO2 光催化降解 CH3COO －的影响 Fig．7 The influence of an irradiation lamp on CH3COO － degrada￾tion by N／TiO2photocatalysis 无降解作用．实验同时发现：N／TiO2 紫外光催化不 仅能降解 CH3COO －‚且溶液出现 NO － 3 的离子色谱 峰‚即此时 NH ＋ 4 已被氧化为 NO － 3 ；当以420nm 的 荧光灯作激发光源时则未发现这一现象‚即 N／TiO2 可见光催化既不能氧化分解 CH3COO －‚也不能将 NH ＋ 4 氧化为 NO － 3 ．然而 Ihara ［12］及彭绍琴［13］等研 究表明‚掺氮 TiO2 光催化剂在420nm 或以上的可 见光作用下‚能完全降解气态丙酮及甲醛等类似 CH3COO －的小分子‚并生成化学计量比的 CO2．出 现此差异‚可能是因为 CH3COO －及 NH ＋ 4 为极性离 子‚也可能是 N／TiO2 液固相可见光催化反应机理 与其气固相可见光催化反应机理有区别‚具体原因 有待进一步深入研究． 由此推断‚N／TiO2 在可见光激发下产生的活性 物种的氧化能力较弱‚不足以氧化 CH3COO － 及 NH ＋ 4 等小分子量物质‚激发光源的波长在紫外区还 是可见光区与光催化的氧化能力是密切相关的．由 于有机物的光催化降解直至完全矿化是一个分步进 行的过程‚降解过程可能生成一些如 CH3COO － 等 有机小分子量中间体‚虽然 TiO2 在作掺 N 等改性 处理后有可见光催化活性‚但在可见光激发下产生 的活性物种的氧化性较弱‚从而导致其可见光催化 降解有机物的低矿化度． 3 结论 （1） 在主峰420nm 的荧光灯作用下‚N／TiO2 及 TiO2-P25对活性艳红 X-3B 均有明显的降解作 用‚但两者涉及不同的反应机理． （2） 在主峰420nm 的荧光灯作用下‚N／TiO2 对2‚4-二氯苯酚有明显的降解作用‚掺杂 N 的引入 促成了 TiO2 的可见光催化活性． （3） N／TiO2 在可见光激发下产生的活性物种 的氧化性较弱‚不足以氧化分解 CH3COO － 等小分 子量的物质‚从而导致可见光催化降解有机物的低 矿化度． （4） 激发光源的波长在紫外区还是可见光区与 光催化的氧化能力是密切相关的． 参 考 文 献 ［1］ Choi W‚Termin A‚Hoffmann M R．The role of metal ion dopants in quantum-sized TiO2：correlation between photoreactiv￾ity and charge carrier recombination dynamics． J Phys Chem‚ 1994‚98（5）：13669 ［2］ Ohno T‚Tagawa F．Photocatalytic oxidation of water by visible light using ruthenium-doped titanium dioxide powder． J Pho￾tochem Photobiochem A‚1999‚127：107 ［3］ Liu H‚Wu H J‚Sun F X‚et al．Study of photocatalytic degrada￾tion of sulfosalicylic acid on titanium dioxided reduce by hydrogen． J Mol Catal China‚2001‚15（1）：47 （刘鸿‚吴合进‚孙福侠‚等．氢还原二氧化钛光催化降解磺 基水杨酸的研究．分子催化‚2001‚15（1）：47） ［4］ Cui Y M‚Fan S H‚Zhang Y．Synthesis‚characterization and photocatalytic activity of rare-earth doped TiO2 nanometer parti￾cles．J Univ Sci Technol Beijing‚2006‚28（10）：956 （下转第1295页） 第11期 唐建军等： N／TiO2 可见光催化的氧化能力 ·1289·