RE-B共掺杂片层TiO2的合成及其光催化性能

王瑞芬 王福明 宋金玲 安胜利 王鑫

引用本文: 王瑞芬, 王福明, 宋金玲, 安胜利, 王鑫. RE-B共掺杂片层TiO2的合成及其光催化性能[J]. 物理化学学报, 2016, 32(2): 536-542. doi: 10.3866/PKU.WHXB201511103 shu
Citation:  WANG Rui-Fen, WANG Fu-Ming, SONG Jin-Ling, AN Sheng-Li, WANG Xin. Synthesis and Photocatalytic Activities of Rare Earth-Boron Co-Doped Slice Layer TiO2[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2016, 32(2): 536-542. doi: 10.3866/PKU.WHXB201511103 shu

RE-B共掺杂片层TiO2的合成及其光催化性能

    通讯作者: 王瑞芬
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21407084) (21407084)

    内蒙古自然科学基金(2015MS0571) (2015MS0571)

    内蒙古自治区教育厅高等学校基金项目(NJZY13141)资助 (NJZY13141)

摘要: 采用溶胶-凝胶法,利用钛酸四丁酯、硝酸镧、硝酸铈和硼酸为原料,对TiO2光催化剂进行稀土-B(RE-B)的共掺杂改性制备和性能研究。采用X-射线衍射法(XRD)、冷场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收(UV-Vis)光谱和荧光(PL)光谱对制得样品的相组成、表面形貌结构、表面元素组成、光响应范围及带隙能和电子-空穴的复合情况进行了初步分析。结果表明,所制掺杂TiO2的组成均为锐钛矿型,掺杂使晶格发生了较大畸变,且细晶粒由未掺杂的27 nm减小到RE-B-TiO2的10 nm,形貌为片层状不规则堆放状态存在。XPS结果表明掺杂元素有效进入二氧化钛,PL谱显示共掺杂可有效延长光催化剂的载流子寿命。掺杂后吸收边均红移,La-B-TiO2由TiO2的405 nm移动到466 nm,相应地禁带宽度减小了0.4 eV。光催化实验表明:2 h 内降解亚甲基蓝(MB)时掺杂能够同时提高紫外和可见光下二氧化钛的光催化效率,而共掺杂的降解效果又优于单掺杂,La-B-TiO2紫外光下的降解率达到80.67%,为同等条件下纯TiO2的2.7倍,可见光下的降解率为74.78%。

English

    1. [1]

      (1) Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37. doi: 10.1038/238037a0(1) Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37. doi: 10.1038/238037a0

    2. [2]

      (2) Akpan, U. G.; Hameed, B. H. J. Hazard. Mater. 2009, 170, 20.(2) Akpan, U. G.; Hameed, B. H. J. Hazard. Mater. 2009, 170, 20.

    3. [3]

      (3) Fujishima, A.; Zhang, X. T.; Tryk, D. A. Surf. Sci. Rep. 2008, 63, 515. doi: 10.1016/j.surfrep.2008.10.001(3) Fujishima, A.; Zhang, X. T.; Tryk, D. A. Surf. Sci. Rep. 2008, 63, 515. doi: 10.1016/j.surfrep.2008.10.001

    4. [4]

      (4) Zhang, J.; Zhang, Y. P.; Lei, Y. K. Catal. Sci. Technol. 2011, 1, 273. doi: 10.1039/c0cy00051e(4) Zhang, J.; Zhang, Y. P.; Lei, Y. K. Catal. Sci. Technol. 2011, 1, 273. doi: 10.1039/c0cy00051e

    5. [5]

      (5) Devi, L. G.; Kavitha, R. Appl. Catal. B 2013, 14-141, 559.(5) Devi, L. G.; Kavitha, R. Appl. Catal. B 2013, 14-141, 559.

    6. [6]

      (6) Han, Z. Y.; Du, Z. M.; Zhang, Y. H.; Zhao, L. S.; Cong, X. M.J. Inorg. Mater. 2014, 29 (10), 1110.(6) Han, Z. Y.; Du, Z. M.; Zhang, Y. H.; Zhao, L. S.; Cong, X. M.J. Inorg. Mater. 2014, 29 (10), 1110.

    7. [7]

      (7) Zhang, H.; Zhu, H. Appl. Surf. Sci. 2012, 258, 10034. doi: 10.1016/j.apsusc.2012.06.069(7) Zhang, H.; Zhu, H. Appl. Surf. Sci. 2012, 258, 10034. doi: 10.1016/j.apsusc.2012.06.069

    8. [8]

      (8) Binas, V. D.; Sambani, K.; Maggos, T.; Katsanaki, A.; Kiriakidis, G. Appl. Catal. B: Environ. 2012, 113, 79.(8) Binas, V. D.; Sambani, K.; Maggos, T.; Katsanaki, A.; Kiriakidis, G. Appl. Catal. B: Environ. 2012, 113, 79.

    9. [9]

      (9) Wang, S.; Qian, H.; Hu, Y.; Dai, W.; Zhong, Y.; Chen, J.; Hu, X. Dalton Trans. 2013, 42, 1122. doi: 10.1039/C2DT32040A(9) Wang, S.; Qian, H.; Hu, Y.; Dai, W.; Zhong, Y.; Chen, J.; Hu, X. Dalton Trans. 2013, 42, 1122. doi: 10.1039/C2DT32040A

    10. [10]

      (10) Qu, X. F.; Liu, L. Y.; Li, X. Q.; Du, F. L. J. Inorg. Mater. 2015, 30 (2), 183. [曲晓飞, 刘鲁英, 李雪钦, 杜芳林. 无机材料学报, 2015, 30 (2), 183.](10) Qu, X. F.; Liu, L. Y.; Li, X. Q.; Du, F. L. J. Inorg. Mater. 2015, 30 (2), 183. [曲晓飞, 刘鲁英, 李雪钦, 杜芳林. 无机材料学报, 2015, 30 (2), 183.]

    11. [11]

      (11) Devi, L G.; Kavitha, R. RSC Adv. 2014, 4, 28265. doi: 10.1039/c4ra03291h(11) Devi, L G.; Kavitha, R. RSC Adv. 2014, 4, 28265. doi: 10.1039/c4ra03291h

    12. [12]

      (12) Kilinc, N.; Sennik, E.; Isik, M.; Ahsen, A. S.; Ozturk, O.; Ozturk, Z. Z. Ceram. Int. 2014, 40, 109. doi: 10.1016/j.ceramint.2013.05.110(12) Kilinc, N.; Sennik, E.; Isik, M.; Ahsen, A. S.; Ozturk, O.; Ozturk, Z. Z. Ceram. Int. 2014, 40, 109. doi: 10.1016/j.ceramint.2013.05.110

    13. [13]

      (13) Xiang, Q. J.; Lv, K. L.; Yu, J. G. Appl. Catal. B 2010, 96, 557. doi: 10.1016/j.apcatb.2010.03.020(13) Xiang, Q. J.; Lv, K. L.; Yu, J. G. Appl. Catal. B 2010, 96, 557. doi: 10.1016/j.apcatb.2010.03.020

    14. [14]

      (14) Yang, M. Q.; Zhang, N., Pagliaro, M.; Xu, Y. J. Chemical Society Reviews 2014, 43, 8240. doi: 10.1039/C4CS00213J(14) Yang, M. Q.; Zhang, N., Pagliaro, M.; Xu, Y. J. Chemical Society Reviews 2014, 43, 8240. doi: 10.1039/C4CS00213J

    15. [15]

      (15) Zhang, N.; Zhang, Y. H.; Xu, Y. J. Nanoscale 2012, 4, 5792. doi: 10.1039/c2nr31480k(15) Zhang, N.; Zhang, Y. H.; Xu, Y. J. Nanoscale 2012, 4, 5792. doi: 10.1039/c2nr31480k

    16. [16]

      (16) Wang, R. F.; Wang, F. M.; An, S. L.; Xu, J. Y.; Zhao, J.; Zhang, Y. Rare Metal Materials and Engineering 2014, 43 (9), 2293.(16) Wang, R. F.; Wang, F. M.; An, S. L.; Xu, J. Y.; Zhao, J.; Zhang, Y. Rare Metal Materials and Engineering 2014, 43 (9), 2293.

    17. [17]

      (17) Raza, W. S.; Haque, M. M.; Muneer, M.; Fleisch, M.; Hakki, A.; Bahnemann, D. J. Alloy. Compd. 2015, 632, 837. doi: 10.1016/j.jallcom.2015.01.222(17) Raza, W. S.; Haque, M. M.; Muneer, M.; Fleisch, M.; Hakki, A.; Bahnemann, D. J. Alloy. Compd. 2015, 632, 837. doi: 10.1016/j.jallcom.2015.01.222

    18. [18]

      (18) Ma, Y. F.; Zhang, J. L.; Tian, B. Z.; Chen, F.; Wang, L. Z.J. Hazard. Mater. 2010, 182, 386. doi: 10.1016/j.jhazmat.2010.06.045(18) Ma, Y. F.; Zhang, J. L.; Tian, B. Z.; Chen, F.; Wang, L. Z.J. Hazard. Mater. 2010, 182, 386. doi: 10.1016/j.jhazmat.2010.06.045

    19. [19]

      (19) Xu, H.; Chen, W.; Wang, C.; Zhao, L. Mater. Sci. Eng. B 2012, 177, 897. doi: 10.1016/j.mseb.2012.04.002(19) Xu, H.; Chen, W.; Wang, C.; Zhao, L. Mater. Sci. Eng. B 2012, 177, 897. doi: 10.1016/j.mseb.2012.04.002

    20. [20]

      (20) Xu, A.W.; Gao, Y.; Liu, H. Q. J. Catal. 2002, 207, 151. doi: 10.1006/jcat.2002.3539(20) Xu, A.W.; Gao, Y.; Liu, H. Q. J. Catal. 2002, 207, 151. doi: 10.1006/jcat.2002.3539

    21. [21]

      (21) Zhang, J.; Wu, W. C.; Yan, S.; Chu, G.; Zhao, S. L.; Wang, X.; Li, C. Appl. Surf. Sci. 2015, 344, 249. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.03.078(21) Zhang, J.; Wu, W. C.; Yan, S.; Chu, G.; Zhao, S. L.; Wang, X.; Li, C. Appl. Surf. Sci. 2015, 344, 249. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.03.078

    22. [22]

      (22) Liang, C. H.; Liu, C. S.; Li, F. B.; Wu, F. Chem. Eng. J. 2009, 147, 219. doi: 10.1016/j.cej.2008.07.004(22) Liang, C. H.; Liu, C. S.; Li, F. B.; Wu, F. Chem. Eng. J. 2009, 147, 219. doi: 10.1016/j.cej.2008.07.004

    23. [23]

      (23) Grujić -Brojč in, M.; Armaković , S. J.; Tomić , N.; Abramović , B.; Aleksandar, G.; Stojadinovic, B. Mater. Charact. 2014, 88, 30. doi: 10.1016/j.matchar.2013.12.002(23) Grujić -Brojč in, M.; Armaković , S. J.; Tomić , N.; Abramović , B.; Aleksandar, G.; Stojadinovic, B. Mater. Charact. 2014, 88, 30. doi: 10.1016/j.matchar.2013.12.002

    24. [24]

      (24) Fan, X.; Wan, J.; Liu, E. Z.; Sun, L.; Hu, Y.; Li, H.; Hu, X. Y.; Fan, J. Ceram. Int. B 2015, 41, 5107.(24) Fan, X.; Wan, J.; Liu, E. Z.; Sun, L.; Hu, Y.; Li, H.; Hu, X. Y.; Fan, J. Ceram. Int. B 2015, 41, 5107.

    25. [25]

      (25) Xue, H. S. Study on Photocatalytic Properties of Rare EarthIons Doped Titanium Dioxide Nanotubes Made by TemplateMethod. Ph. D. Dissertation, Chongqing University, Chongqing, 2008. [薛寒松. 稀土掺杂二氧化钛纳米管模板法制备及光催化性能研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2008.](25) Xue, H. S. Study on Photocatalytic Properties of Rare EarthIons Doped Titanium Dioxide Nanotubes Made by TemplateMethod. Ph. D. Dissertation, Chongqing University, Chongqing, 2008. [薛寒松. 稀土掺杂二氧化钛纳米管模板法制备及光催化性能研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2008.]

    26. [26]

      (26) Zhao, S. Q.; Guo, M.; Zhang, M.; Wang, X. D.; Chang, S.Scientia Sinica Chimica 2011, 41 (11), 1699. [赵斯琴, 郭敏, 张梅, 王习东, 长山. 中国科学化学, 2011, 41(11), 1699.](26) Zhao, S. Q.; Guo, M.; Zhang, M.; Wang, X. D.; Chang, S.Scientia Sinica Chimica 2011, 41 (11), 1699. [赵斯琴, 郭敏, 张梅, 王习东, 长山. 中国科学化学, 2011, 41(11), 1699.]

    27. [27]

      (27) Zhao, W.; Ma, W. H.; Chen, C. C. Journal of the American Chemical Society 2004, 126 15, 4782.(27) Zhao, W.; Ma, W. H.; Chen, C. C. Journal of the American Chemical Society 2004, 126 15, 4782.

    28. [28]

      (28) Vaiano, V.; Sacco, O.; Sannino, D.; Ciambelli, P. Appl. Catal. B-Environ. 2015, 170-171, 153.(28) Vaiano, V.; Sacco, O.; Sannino, D.; Ciambelli, P. Appl. Catal. B-Environ. 2015, 170-171, 153.

    29. [29]

      (29) Parida, K. M.; Sahu, N. J. Mol. Catal. A: Chem. 2008, 287, 151. doi: 10.1016/j.molcata.2008.02.028(29) Parida, K. M.; Sahu, N. J. Mol. Catal. A: Chem. 2008, 287, 151. doi: 10.1016/j.molcata.2008.02.028

    30. [30]

      (30) Zhang, Y. H.; Tang, Z. R.; Fu, X. Z.; Xu, Y. J. ACS Nano 2011, 5, 7426. doi: 10.1021/nn202519j(30) Zhang, Y. H.; Tang, Z. R.; Fu, X. Z.; Xu, Y. J. ACS Nano 2011, 5, 7426. doi: 10.1021/nn202519j

    31. [31]

      (31) Zhou, J.; Zhang, Y.; Zhao, X. Industrial & Engineering Chemistry Research 2006, 45 (10), 3503.(31) Zhou, J.; Zhang, Y.; Zhao, X. Industrial & Engineering Chemistry Research 2006, 45 (10), 3503.

    32. [32]

      (32) Zhang, N.; Yang, M. Q.; Tang, Z. R.; Xu, Y. J. ACS Nano 2014, 8, 623.(32) Zhang, N.; Yang, M. Q.; Tang, Z. R.; Xu, Y. J. ACS Nano 2014, 8, 623.

    33. [33]

      (33) Qian, S.W.; Wang, Z. Y.; Wang, M. Q. Mater. Sci. Eng. 2003, 23 (1), 48. [钱斯文, 王智宇, 王民权. 材料科学与工程, 2003, 23 (1), 48.] doi: 10.1016/S0928-4931(02)00225-4(33) Qian, S.W.; Wang, Z. Y.; Wang, M. Q. Mater. Sci. Eng. 2003, 23 (1), 48. [钱斯文, 王智宇, 王民权. 材料科学与工程, 2003, 23 (1), 48.] doi: 10.1016/S0928-4931(02)00225-4

    34. [34]

      (34) Han, C.; Yang, M. Q.; Zhang, N.; Xu, Y. J. Journal of Materials Chemistry A 2014, 2, 19156. doi: 10.1039/C4TA04151H(34) Han, C.; Yang, M. Q.; Zhang, N.; Xu, Y. J. Journal of Materials Chemistry A 2014, 2, 19156. doi: 10.1039/C4TA04151H

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  632
  • HTML全文浏览量:  56
文章相关
  • 收稿日期:  2015-07-07
  • 网络出版日期:  2015-11-05
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