Cu掺杂TiO2纳米管可见光催化矿化甲苯

赵伟荣 奚海萍 廖求文

引用本文: 赵伟荣, 奚海萍, 廖求文. Cu掺杂TiO2纳米管可见光催化矿化甲苯[J]. 物理化学学报, 2013, 29(10): 2232-2238. doi: 10.3866/PKU.WHXB201308291 shu
Citation:  ZHAO Wei-Rong, XI Hai-Ping, LIAO Qiu-Wen. Cu-Doped Titania Nanotubes for Visible-Light Photocatalytic Mineralization of Toluene[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2013, 29(10): 2232-2238. doi: 10.3866/PKU.WHXB201308291 shu

Cu掺杂TiO2纳米管可见光催化矿化甲苯

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51178412, 51278456) (51178412, 51278456)

    浙江省教育厅科研项目(Z201122663)资助 (Z201122663)

摘要:

采用低温水热法制备氢钛酸管, 通过吸附-煅烧法制备Cu掺杂TiO2纳米管(Cu-TNT)催化剂. 利用X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)和电化学测试手段对样品进行表征, 并进行平面波赝势密度泛函理论(DFT)计算. 结果表明, 样品中Cu/Ti原子比接近理论值, Cu掺杂进入TiO2晶格内部, 诱发催化剂可见光活性. 掺Cu后,Cu 3d轨道和O 2p轨道杂化形成价带顶, 价带负向偏移, 样品禁带宽度减小为2.50-2.91 eV, 具有可见光响应.以甲苯为模型污染物研究催化剂对挥发性有机化合物(VOCs)的催化去除和矿化效果. 未掺杂的TNT可见光催化活性较差; Cu掺杂量超过0.1%(Cu/Ti原子比)时, 样品催化活性也减弱; Cu掺杂量为0.1%的催化剂具有最佳可见光催化氧化能力, 7 h内甲苯的去除率达77%, 甲苯的矿化率达59%.

English

    1. [1]

      (1) Wu, S. X.; Ma, Z.; Qin, Y. S.; Qi, X. Z.; Liang, Z. C. Acta Phys. -Chim. Sin. 2004, 20 (2), 138. [吴树新,马智,秦永守, 齐晓周,梁珍成. 物理化学学报, 2004, 20 (2), 138.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20040206

      (1) Wu, S. X.; Ma, Z.; Qin, Y. S.; Qi, X. Z.; Liang, Z. C. Acta Phys. -Chim. Sin. 2004, 20 (2), 138. [吴树新,马智,秦永守, 齐晓周,梁珍成. 物理化学学报, 2004, 20 (2), 138.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20040206

    2. [2]

      (2) Maeda, M.; Yamada, T. J. Phys.: Conf. Ser. 2007, 61, 755. doi: 10.1088/1742-6596/61/1/151(2) Maeda, M.; Yamada, T. J. Phys.: Conf. Ser. 2007, 61, 755. doi: 10.1088/1742-6596/61/1/151

    3. [3]

      (3) Karunakaran, C.; Abiramasundari, G.; mathisankar, P.;Manikandan, G.; Anandi, V. J. Colloid Interface Sci. 2010, 352 (1), 68. doi: 10.1016/j.jcis.2010.08.012(3) Karunakaran, C.; Abiramasundari, G.; mathisankar, P.;Manikandan, G.; Anandi, V. J. Colloid Interface Sci. 2010, 352 (1), 68. doi: 10.1016/j.jcis.2010.08.012

    4. [4]

      (4) Park, H. S.; Kim, D. H.; Kim, S. J.; Lee, K. S. J. Alloy. Compd.2006, 415 (1-2), 51. doi: 10.1016/j.jallcom.2005.07.055(4) Park, H. S.; Kim, D. H.; Kim, S. J.; Lee, K. S. J. Alloy. Compd.2006, 415 (1-2), 51. doi: 10.1016/j.jallcom.2005.07.055

    5. [5]

      (5) Choi, W.; Termin, A.; Hoffmann, M. R. J. Phys. Chem. 1994, 98 (51), 13669. doi: 10.1021/j100102a038(5) Choi, W.; Termin, A.; Hoffmann, M. R. J. Phys. Chem. 1994, 98 (51), 13669. doi: 10.1021/j100102a038

    6. [6]

      (6) Xu, C.; Cui, A.; Yuan, Y.; Chen, Z.; Yuan, R.; Fu, X. J. Mater. Sci. 2013, 48 (9), 3428. doi: 10.1007/s10853-012-7130-7(6) Xu, C.; Cui, A.; Yuan, Y.; Chen, Z.; Yuan, R.; Fu, X. J. Mater. Sci. 2013, 48 (9), 3428. doi: 10.1007/s10853-012-7130-7

    7. [7]

      (7) Deng, L.; Wang, S.; Liu, D.; Zhu, B.; Huang, W.;Wu, S.;Zhang, S. Catal. Lett. 2009, 129 (3-4), 513. doi: 10.1007/s10562-008-9834-5(7) Deng, L.; Wang, S.; Liu, D.; Zhu, B.; Huang, W.;Wu, S.;Zhang, S. Catal. Lett. 2009, 129 (3-4), 513. doi: 10.1007/s10562-008-9834-5

    8. [8]

      (8) Xu, S.; Du, A. J.; Liu, J.; Ng, J.; Sun, D. D. Int. J. Hydrog. Energy 2011, 36 (11), 6560. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.02.103(8) Xu, S.; Du, A. J.; Liu, J.; Ng, J.; Sun, D. D. Int. J. Hydrog. Energy 2011, 36 (11), 6560. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.02.103

    9. [9]

      (9) Yu, J.; Xiang, Q.; Zhou, M. Appl. Catal. B-Environ. 2009, 90 (3), 595.(9) Yu, J.; Xiang, Q.; Zhou, M. Appl. Catal. B-Environ. 2009, 90 (3), 595.

    10. [10]

      (10) Yousef, A.; Barakat, N. A.; Amna, T.; Al-Deyab, S. S.; Hassan,M. S.; Abdel-hay, A.; Kim, H. Y. Ceram. Int. 2012, 38 (6),4525. doi: 10.1016/j.ceramint.2012.02.029(10) Yousef, A.; Barakat, N. A.; Amna, T.; Al-Deyab, S. S.; Hassan,M. S.; Abdel-hay, A.; Kim, H. Y. Ceram. Int. 2012, 38 (6),4525. doi: 10.1016/j.ceramint.2012.02.029

    11. [11]

      (11) Shen, J. J.; Liu, C.; Zhu, Y. D.; Li, W.; Feng, X.; Lu, X. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25 (5), 1013. [沈晶晶,刘畅,朱育丹,李伟,冯新,陆小华.物理化学学报, 2009, 25 (5),1013.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090421(11) Shen, J. J.; Liu, C.; Zhu, Y. D.; Li, W.; Feng, X.; Lu, X. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25 (5), 1013. [沈晶晶,刘畅,朱育丹,李伟,冯新,陆小华.物理化学学报, 2009, 25 (5),1013.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090421

    12. [12]

      (12) You, M.; Kim, T. G.; Sung, Y. M. Cryst. Growth Des. 2009, 10 (2), 983.(12) You, M.; Kim, T. G.; Sung, Y. M. Cryst. Growth Des. 2009, 10 (2), 983.

    13. [13]

      (13) Nishikiori, H.; Sato, T.; Kubota, S.; Tanaka, N.; Shimizu, Y.;Fujii, T. Res. Chem. Intermed. 2012, 38 (2), 595. doi: 10.1007/s11164-011-0374-z(13) Nishikiori, H.; Sato, T.; Kubota, S.; Tanaka, N.; Shimizu, Y.;Fujii, T. Res. Chem. Intermed. 2012, 38 (2), 595. doi: 10.1007/s11164-011-0374-z

    14. [14]

      (14) Ou, H. H.; Lo, S. L. J. Mol. Catal. A-Chem. 2007, 275 (1-2),200. doi: 10.1016/j.molcata.2007.05.044(14) Ou, H. H.; Lo, S. L. J. Mol. Catal. A-Chem. 2007, 275 (1-2),200. doi: 10.1016/j.molcata.2007.05.044

    15. [15]

      (15) Wu, Q.; Su, J. F.; Sun, L.; Wang, M. Y.; Wang, Y. Y.; Lin, C. J.Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28 (3), 635. [吴奇, 苏钰丰,孙岚,王梦晔,王莹莹, 林昌健.物理化学学报, 2012, 28 (3),635.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201112231(15) Wu, Q.; Su, J. F.; Sun, L.; Wang, M. Y.; Wang, Y. Y.; Lin, C. J.Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28 (3), 635. [吴奇, 苏钰丰,孙岚,王梦晔,王莹莹, 林昌健.物理化学学报, 2012, 28 (3),635.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201112231

    16. [16]

      (16) Ni, M.; Leung, M. K.; Leung, D. Y.; Sumathy, K. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2007, 11 (3), 401. doi: 10.1016/j.rser.2005.01.009(16) Ni, M.; Leung, M. K.; Leung, D. Y.; Sumathy, K. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2007, 11 (3), 401. doi: 10.1016/j.rser.2005.01.009

    17. [17]

      (17) Colon, G.; Maicu, M.; Hidal , M. C.; Navio, J. A. Appl. Catal. B-Environ. 2006, 67 (1-2), 41. doi: 10.1016/j.apcatb.2006.03.019(17) Colon, G.; Maicu, M.; Hidal , M. C.; Navio, J. A. Appl. Catal. B-Environ. 2006, 67 (1-2), 41. doi: 10.1016/j.apcatb.2006.03.019

    18. [18]

      (18) Taveira, L. V.; Montemor, M. F.; Da Cunha Belo, M.; Ferreira,M. G.; Dick, L. F. P. Corrosion Sci. 2010, 52 (9), 2813. doi: 10.1016/j.corsci.2010.04.021(18) Taveira, L. V.; Montemor, M. F.; Da Cunha Belo, M.; Ferreira,M. G.; Dick, L. F. P. Corrosion Sci. 2010, 52 (9), 2813. doi: 10.1016/j.corsci.2010.04.021

    19. [19]

      (19) Cheng, X. F.; Leng, W. H.; Liu, D. P.; Zhang, J. Q.; Cao, C. N.Chemosphere 2007, 68 (10), 1976. doi: 10.1016/j.chemosphere.2007.02.010(19) Cheng, X. F.; Leng, W. H.; Liu, D. P.; Zhang, J. Q.; Cao, C. N.Chemosphere 2007, 68 (10), 1976. doi: 10.1016/j.chemosphere.2007.02.010

    20. [20]

      (20) Sun, L.; Li, G.; Wan, S.; An, T. Chemosphere 2010, 78 (3),313. doi: 10.1016/j.chemosphere.2009.10.032(20) Sun, L.; Li, G.; Wan, S.; An, T. Chemosphere 2010, 78 (3),313. doi: 10.1016/j.chemosphere.2009.10.032

    21. [21]

      (21) Guo, M.; Du, J. Physica B 2012, 407, 1003. doi: 10.1016/j.physb.2011.12.128(21) Guo, M.; Du, J. Physica B 2012, 407, 1003. doi: 10.1016/j.physb.2011.12.128

    22. [22]

      (22) Sopyan, I.; Watanabe, M.; Murasawa, S.; Hashimoto, K.;Fujishima, A. J. Photochem. Photobiol. A-Chem. 1996, 98 (1-2),79. doi: 10.1016/1010-6030(96)04328-6(22) Sopyan, I.; Watanabe, M.; Murasawa, S.; Hashimoto, K.;Fujishima, A. J. Photochem. Photobiol. A-Chem. 1996, 98 (1-2),79. doi: 10.1016/1010-6030(96)04328-6

    23. [23]

      (23) Bosc, F.; Edwards, D.; Keller, N.; Keller, V.; Ayral, A. Thin Solid Films 2006, 495 (1-2), 272. doi: 10.1016/j.tsf.2005.08.361(23) Bosc, F.; Edwards, D.; Keller, N.; Keller, V.; Ayral, A. Thin Solid Films 2006, 495 (1-2), 272. doi: 10.1016/j.tsf.2005.08.361

    24. [24]

      (24) Mo, J.; Zhang, Y.; Xu, Q.; Zhu, Y.; Lamson, J. J.; Zhao, R. Appl. Catal. B-Environ. 2009, 89 (3-4), 570. doi: 10.1016/j.apcatb.2009.01.015(24) Mo, J.; Zhang, Y.; Xu, Q.; Zhu, Y.; Lamson, J. J.; Zhao, R. Appl. Catal. B-Environ. 2009, 89 (3-4), 570. doi: 10.1016/j.apcatb.2009.01.015

    25. [25]

      (25) Mo, J.; Zhang, Y.; Xu, Q.; Lamson, J. J.; Zhao, R. Atmos. Environ. 2009, 43 (14), 2229. doi: 10.1016/j.atmosenv.2009.01.034(25) Mo, J.; Zhang, Y.; Xu, Q.; Lamson, J. J.; Zhao, R. Atmos. Environ. 2009, 43 (14), 2229. doi: 10.1016/j.atmosenv.2009.01.034

    26. [26]

      (26) García-Pérez, U. M.; Sepúlveda-Guzmán, S.; Martínez-de laCruz, A.; Peral, J. Int. J. Electrochem. Sci. 2012, 7, 9622.(26) García-Pérez, U. M.; Sepúlveda-Guzmán, S.; Martínez-de laCruz, A.; Peral, J. Int. J. Electrochem. Sci. 2012, 7, 9622.

    27. [27]

      (27) Zhou, M.; Yu, J.; Cheng, B. J. Hazard. Mater. 2006, 137 (3),1838. doi: 10.1016/j.jhazmat.2006.05.028

      (27) Zhou, M.; Yu, J.; Cheng, B. J. Hazard. Mater. 2006, 137 (3),1838. doi: 10.1016/j.jhazmat.2006.05.028

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  707
  • 文章访问数:  1234
  • HTML全文浏览量:  9
文章相关
  • 发布日期:  2013-09-26
  • 收稿日期:  2013-05-21
  • 网络出版日期:  2013-08-29
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章