钴掺杂二氧化钛纳米晶体的制备及其光催化性能的研究进展

2013-08-15顾俊娜刘立华

河南科技 2013年14期

顾俊娜刘立华华中

(吉林师范大学物理学院，吉林四平 136000)

1 引言

目前金属离子掺杂二氧化钛稀磁半导体的研究是热点问题，同时对于其光催化降解的问题也是很热点问题，纳米级的粉末样品其性质也比较好。并且对于钴掺杂二氧化钛的光催化性质目前还没有一个确定的结论。因此我选择研究钴掺杂TiO2纳米粉末的光催化性质的进展研究。

2 溶胶凝胶法制备钴掺杂二氧化钛纳米晶体

就目前的研究，锐钛矿的光催化效果在三种类型中属于最好的。齐娜乔［5］等人以钛酸四丁酯和乙酸钴为原料，按照0.3mol/l的原料浓度，无水乙醇和去离子水混合作为溶剂，硝酸作为稳定剂，经过搅拌、陈化、80度干燥48小时制成干凝胶，最后进行400度热处理4h得到所需的粉末进行研究，粒径大约在5～10纳米。刘秀华［4］等人也用溶胶凝胶法制成了样品，使用硝酸钴和钛酸四丁酯，用盐酸、蒸馏水和乙醇作为溶剂，经搅拌陈化，自然蒸发变成凝胶，进而在设定的温度干燥制成所需的干凝胶。对于不同的热处理温度，粒径大小也不同，在600度热处理粒径为81.6纳米左右，在700度热处理粒径已经达到了165.4纳米，同时也存在钛酸钴杂相。也制作了薄膜样品，由于对薄膜样品研究较多，本文不对薄膜进行述说。

3 水热法制备钴掺杂二氧化钛纳米晶体

水热法是属于在较高温度和较大压强下，使反应物质在混合的溶剂中发生反应。当温度升高时，水也可以在反应中充当反应物，发生一些特殊的反应，所以研究人员也经常使用水热法合成一些纳米级的晶体以及非晶体，彭翔宇［6］等人曾用水热法合成了二氧化钛纳米粉末，用TiCl3作为前驱物，十二烷基硫酸钠做为表面活性剂。制成了光催化活性很高的菊花状的纳米棒束锐钛矿相纳米二氧化钛晶体。等等也有很多研究者应用此方法制成了纳米级二氧化钛粉末，以及纳米管等一些结构的二氧化钛，光催化活性也不尽相同，降解有机染料的能力也各不相同。

4 钴掺杂二氧化钛纳米晶体的光催化降解染料的研究进展

4.1 溶胶凝胶法制备样品研究

实验中对于光催化降解能力的影响因素很多，掺杂比例，结晶度，粒径的大小，样品的质量，光照的时间，光源的选择，制作样品时的反应温度与时间，溶剂的量，酸碱度，表面活性剂等等，刘秀华制出的样品得出结论，掺杂钴的二氧化钛的光催化性能降低。简丽［3］等人用溶胶凝胶法制出了钴掺杂二氧化钛样品，降解甲苯，她的掺钴量是1% ～6%并对其进行热处理，结果

发现钴进入二氧化钛晶格并不能对光催化活性产生大的影响，只是可以提高催化剂的寿命。因此对于此种结果可能是由于钴离子和钛离子的离子半径相差较小，所以畸变很小，导致催化剂对甲苯的降解率并没有明显的提高。而袁春英［2］等人也是用

溶胶凝胶法制成的样品，发现掺杂含量为1%时降解效果很好，对其进行热处理，并且发现在热处理温度为六百度的时候，降解甲基橙的效率可达到百分之八十以上，热处理后效率提高应该是由于结晶度更加完善，而对于钴掺杂后二氧化钛的相变温度应该被降低，兹认为可能是由于同时存在锐钛矿和金红石这两种相，这种混合相的样品可能促进光催化的降解率。至此也说明催化剂可能存在选择性对于需要降解的有机物废液。但是这还有待于进一步更加细致的研究。针对以降解率提高这一现象对环境保护是很重要的发现。

4.2 水热法制备样品研究

在目前的研究中，很多研究都是有使用水热法制备掺杂样品的，但对于钴掺杂的样品却很少，对于罗丹明B的染色敏化分解水还是有研究的，Thi Thu Le［7］等人对其在可见光下分解水产生氢气和氧气进行了研究，这也说明了在国内外钴掺杂二氧化钛研究的重要性，要对其进行更多的研究。杜作娟［1］等人用水热法合成了二氧化钛纳米锐钛矿，原料是Na2CO3和Ti(SO)4，通过调整酸碱度，反应后用丙酮和蒸馏水清洗，对其制作得到的样品进行研究，对不同的反应条件进行XRD测试，明显的看到衍射峰变细，至此表明增加反应时间和反应温度可使晶体结晶度更加完善，这可能会使光催化性质有所加强，以此作为出发点，兹认为钴掺杂的样品如果结晶度更高，分布之均匀，晶体粒子尺寸变小，由于掺杂金属离子钴促使晶格膨胀，引起晶体结构产生畸变，产生氧空位，所以影响光催化的活性以及其降解能力，光催化性质会有所改善。综上所述水热法制备样品前景还是很有吸引力的。