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第5期 王宜超等：可见光响应氮掺杂TOh光催化剂的水热法制备与性能 .543 0结构中的氧离子，形成了O一Ti一N结构，N在 因是，热处理中由于活性氮源的加入，取代了二氧化 TiO2中以TiN和0一TiN的形式存在，但主要是 钛中少量的晶格氧，从上述的XPS也得到了验证， O一Ti一N的形式.此实验现象与Saha等在文 这样就降低了光生电子与光生空穴复合的几率，使 献[11]中所报道的是一致的， 得粉体降解亚甲基蓝溶液的能力有一定的提高，由 530.8 此可以看出用此种方法制备的粉体有良好的可见光 01s峰 催化活性。 30.1 3结论 (a) 本文采用水热合成及其随后掺氮热处理方法制 备了高可见光活性氮掺杂二氧化钛粉体。水热法所 (b) 制备出的二氧化钛粉体具有良好的相变热稳定性， 522 525 528531534537540 结合能eV 三种不同处理的粉体的吸收带边都有一定的红移， 但掺氨热处理的粉体效果最好，由XPS和FTIR确 图6粉体样品01s图谱.(a)T一N一3：(b)TN一1 认了氨的掺杂形式，在亚甲基蓝溶液降解的过程中 Fig.6 01s peaks of the sample particles 掺氮热处理的粉体表现出较好的可见光催化活性， 其性能要优于P25. Ti2p蜂 458.5 参考文献 [1]Fujishima A.Honda K.Electrochemical photolysis of water at a 458.7 (a) semiconductor electrode.Nature.1972,238:37 [2]Hoffmann M R.Martin S T.Choi W,et al.Applications of semiconductor photo catalysis.Chem Rev.1995.95:69 (b) [3]Sato S.Photo catalytic activity of NO,doped TiO2 in the visible light region.Chem Phys Leu.1986.123 (1/2):126 450453456459462465468 结合能leV [4]Asahi R.OhwakiT,Aoki K.et al.Visible light photocatalysis in nitrogen doped titanium oxides.Science,2001,293:269 图7粉体样品Ti2p图谱.(a)T-N一3：(b)T一N一1 [5]Yin S.Zhang Q W.Saito F,et al.Prepatation of visible light ac- Fig.7 Ti 2p peaks of the sample particles tivated titanic photo catalysts by mechanochemical method.Chem Lett,2003,32(4):358 2.5粉体的光催化活性 [6]Mokawa T.Asahi R,Ohwaki T.et al.Band gap narrowing of 为了探究掺氮热处理粉体的可见光催化活性， titanium dioxide by nitrogen dopingnJAppl Phys.2001.40 (6A):L561 在同一条件下，以电子节能灯为光源、亚甲基蓝溶液 [7]Burda C.Lou Y.Chen X,et al.Enhanced nitrogen doping in 为目标污染物研究了所制备产物的可见光催化活 TiOz nano particle.Nano Lett,2003.3(8):1049 性.图8为不同时间所测得的亚甲基蓝溶液浓度的 [8]Gao L.Zheng S,Zhang Q H.Nanotitanium Oxide Photo- 变化，图中，水热后掺氮热处理粉体降解亚甲基蓝 catalytic Materials and Applications.Beijing:Chemical Industry 的效果明显优于商业P25粉体，分析其中的主要原 Press,2002:75 1.0 (高濂，郑珊，张青红、纳米氧化钛光催化材料及应用，北京：化 -■-P25 --T-N-3 学工业出版社，2002.75) 0.8 [9]Zhang Q,LiX J.Li F B.Investigation on visible-light activity of 0.6 WO,/TiOz photocatalyst.Acta Phys Chim Sin,2004.20(5): 507 0.4 (张琦，李新军，李芳柏.W0,/T02光催化剂的可见光催化活 0.2 性机理探讨.物理化学学报.2004,20(5)：507) [10]Zhang Q H.Gao L.Guo JK.Preparation and characterization 0 34 5 照射时间小 of nanosized TiOz powders from aqueous TiCl solution.Nanas- truct Mater,1999,11(8):1293 图8不同时刻时测得的亚甲基兰溶液浓度的变化 [11]Saha NC.Tomkins HC.et al.Defect related optical behavior Fig-8 Photodegradation curves of methylene blue at different peri- in surface modified TiOz nanostructures.Appl Phys,1992.72: 3072 ods of timeO 结构中的氧离子形成了 O－Ti－N 结构N 在 TiO2 中以 Ti－N 和 O－Ti－N 的形式存在但主要是 O－Ti－N 的形式．此实验现象与 Saha 等在文 献［11］中所报道的是一致的． 图6 粉体样品 O1s 图谱．（a） T－N－3；（b） T－N－1 Fig．6 O1s peaks of the sample particles 图7 粉体样品 Ti2p 图谱．（a） T－N－3；（b） T－N－1 Fig．7 Ti2p peaks of the sample particles 图8 不同时刻时测得的亚甲基兰溶液浓度的变化 Fig．8 Photodegradation curves of methylene blue at different periods of time 2∙5 粉体的光催化活性 为了探究掺氮热处理粉体的可见光催化活性 在同一条件下以电子节能灯为光源、亚甲基蓝溶液 为目标污染物研究了所制备产物的可见光催化活 性．图8为不同时间所测得的亚甲基蓝溶液浓度的 变化．图中水热后掺氮热处理粉体降解亚甲基蓝 的效果明显优于商业 P25粉体．分析其中的主要原 因是热处理中由于活性氮源的加入取代了二氧化 钛中少量的晶格氧从上述的 XPS 也得到了验证． 这样就降低了光生电子与光生空穴复合的几率使 得粉体降解亚甲基蓝溶液的能力有一定的提高．由 此可以看出用此种方法制备的粉体有良好的可见光 催化活性． 3 结论 本文采用水热合成及其随后掺氮热处理方法制 备了高可见光活性氮掺杂二氧化钛粉体．水热法所 制备出的二氧化钛粉体具有良好的相变热稳定性． 三种不同处理的粉体的吸收带边都有一定的红移 但掺氮热处理的粉体效果最好由 XPS 和 FTIR 确 认了氮的掺杂形式在亚甲基蓝溶液降解的过程中 掺氮热处理的粉体表现出较好的可见光催化活性 其性能要优于 P25． 参 考 文 献 ［1］ Fujishima AHonda K．Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode．Nature1972238：37 ［2］ Hoffmann M RMartin S TChoi Wet al．Applications of semiconductor photo catalysis．Chem Rev199595：69 ［3］ Sato S．Photo catalytic activity of NO x-doped TiO2in the visible light region．Chem Phys Lett1986123（1／2）：126 ［4］ Asahi ROhwaki TAoki Ket al．Visible light photocatalysis in nitrogen doped titanium oxides．Science2001293：269 ［5］ Yin SZhang Q WSaito Fet al．Prepatation of visible light activated titanic photo catalysts by mechanochemical method．Chem Lett200332（4）：358 ［6］ Mokawa TAsahi ROhwaki Tet al．Band gap narrowing of titanium dioxide by nitrogen doping．Jpn J Appl Phys200140 （6A）：L561 ［7］ Burda CLou YChen Xet al．Enhanced nitrogen doping in TiO2nano-particle．Nano Lett20033（8）：1049 ［8］ Gao LZheng SZhang Q H． Nano-titanium Oxide Photocatalytic Materials and Applications．Beijing：Chemical Industry Press2002：75 （高濂郑珊张青红．纳米氧化钛光催化材料及应用北京：化 学工业出版社2002：75） ［9］ Zhang QLi X JLi F B．Investigation on visible-light activity of WO x／TiO2photocatalyst．Acta Phys Chim Sin200420（5）： 507 （张琦李新军李芳柏．WO x／TiO2 光催化剂的可见光催化活 性机理探讨．物理化学学报200420（5）：507） ［10］ Zhang Q HGao LGuo J K．Preparation and characterization of nanosized TiO2powders from aqueous TiCl4solution．Nanostruct Mater199911（8）：1293 ［11］ Saha N CTomkins H Cet al．Defect related optical behavior in surface modified TiO2nanostructures．Appl Phys199272： 3072 第5期 王宜超等： 可见光响应氮掺杂 TiO2 光催化剂的水热法制备与性能 ·543·