溶胶-凝胶法制备Eu~(3+)-Ce~(3+)共掺杂TiO_2及光催化性能Photocatalytic Properties of Eu~(3+)-Ce~(3+) Co-doped TiO_2 Nanoparticles by Sol-gel Method
徐晓虹;叶芬;吴建锋;宋佳;张乾坤;王东斌;
摘要(Abstract)：
采用溶胶-凝胶法制备了Eu(3+)-Ce(3+)-Ce(3+)共掺杂TiO_2纳米粉体,以亚甲基蓝溶液为目标降解物、用正交试验方法考察了内部因素和外部因素对掺杂样品的光吸收和光催化性能的影响,同时采用XRD、FE-SEM、UV-Vis吸收谱等表征了样品结构与性能。结果表明,最佳的实验方案是热处理温度为550℃、Ce(3+)共掺杂TiO_2纳米粉体,以亚甲基蓝溶液为目标降解物、用正交试验方法考察了内部因素和外部因素对掺杂样品的光吸收和光催化性能的影响,同时采用XRD、FE-SEM、UV-Vis吸收谱等表征了样品结构与性能。结果表明,最佳的实验方案是热处理温度为550℃、Ce(3+)的掺杂量为0.02mol%、Eu(3+)的掺杂量为0.02mol%、Eu(3+)的掺杂量为0.2mol%,最佳的外部环境是共掺杂TiO_2纳米粉体光催化剂加入量为0.15 g/50 mL、亚甲基蓝溶液的初始pH值及浓度分别为6.5和10 mg/L。样品的晶粒尺寸在20 nm左右,共掺样品的光催化率明显比单掺和未掺样品的高,且吸收边向可见光红移了53nm左右。共掺样品对亚甲基蓝降解反应符合一级动力学模式。共掺样品光催化率的提高归因于Eu(3+)的掺杂量为0.2mol%,最佳的外部环境是共掺杂TiO_2纳米粉体光催化剂加入量为0.15 g/50 mL、亚甲基蓝溶液的初始pH值及浓度分别为6.5和10 mg/L。样品的晶粒尺寸在20 nm左右,共掺样品的光催化率明显比单掺和未掺样品的高,且吸收边向可见光红移了53nm左右。共掺样品对亚甲基蓝降解反应符合一级动力学模式。共掺样品光催化率的提高归因于Eu(3+)和Ce(3+)和Ce(3+)的协同作用,一方面增加有效的空穴电子数;另一方面可使样品吸收更低能量的波长而被激发。
关键词(KeyWords)： 溶胶-凝胶法;Eu~(3+)-Ce~(3+)共掺;光催化性;TiO_2纳米粉体;亚甲基蓝;正交试验
基金项目(Foundation):
作者(Authors): 徐晓虹;叶芬;吴建锋;宋佳;张乾坤;王东斌;
DOI: 10.13958/j.cnki.ztcg.2017.02.001
参考文献(References)：
- [1]吕英英,顾晓天,周家宏,等.N、S共掺杂型二氧化钛光催化降解有机污染物的性能研究[J].南京师范大学学报(自然科学版),2008,31(4):69-73.
- [2]杨国营.光催化氧化法处理污水的研究[J].河北化工,2002(1):11-12.
- [3]CHO Y M,KYUNG H S,CHOI W Y.Visible light activity of Ti O2 for the photoreduction of CCl4 and Cr(Ⅵ)in the presence of nonionic surfactant.Applied Catalysis B:Environmental,2004,52:23-32.
- [4]徐晓虹,田越,吴建锋,等.稀土复合掺杂纳米Ti O2薄膜光催化活性的研究[J].武汉理工大学,2009,31(11):36-40.
- [5]李振宏,伍虹.我国稀土应用的现状与前景[J].稀土,1996,17(6):48.
- [6]北京大学数学力学概率统计组[M].正交设计法.北京:石油化学工业出版社,1976:3-10.
- [7]彭海滨.正交试验设计与数据分析方法[J].计量与测试技术,2009,36(12):38-40.
- [8]李雁,易永胜,高全,等.高性能化海砂混凝土配合比设计的正交试验研究[J].建筑技术,2010,41(2):162-164.
- [9]吴翊,李永乐,胡庆军,等.应用数理统计[M].长沙:国防科技大学出版社,2005:405-414.
- [10]魏亚光,施朝淑,戚泽明,等.Gd2O3:(Ce3+,Eu3+)微晶中稀土离子间的级联能量传递[J].发光学报,2001,22(3):243-247.
- [11]陈俊涛,李新军,杨莹,等.稀土元素掺杂对Ti O2薄膜光催化性能的影响[J].中国稀土学报,2003,21(12):67-71.
- [12]张献明,苏海全,叶泽人,等.Ba Y2F8:Ce,Eu中Ce3+→Eu2+的能量传递和Ce3+→Eu3+的电子转移[J].高等学校化学学报,2001,22(3):358-361.