钛酸锶光催化性能的研究

来源 :哈尔滨商业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:junwen2009
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自21世纪以来,随着经济的快速发展和科技的不断创新,能源危机与环境污染问题日趋严重。传统的能源利用方式具有利用率低、易造成污染等缺点,若不及时加以改善,人类的自然资源将在不久的将来被完全消耗,直至消失。已有报道指出,按照当前人们利用自然资源的速度来计算,石油、天然气等宝贵的自然资源即将在21世纪中叶消失殆尽。因此,研究开发节能高效,绿色环保的新能源已然成为21世纪人类持续发展的重要任务。近年来,关于利用太阳能推动半导体光催化技术的研究逐渐受到人们的广泛关注,这种技术能够通过太阳能来分解水产氢,以此来达到储存能源的目的,还能够在污染物降解方面发挥重要作用。相比于其他技术具有低成本、高效等特点,有效的缓解了目前人类面临的资源短缺、环境污染的危机局面。半导体催化材料作为这项技术的关键物质具有性质稳定、来源广泛等特点,但由于其自身有较大带隙,仅能对太阳光谱的紫外光区这一小部分加以利用,为此,如何有效的提高半导体催化材料对太阳能的利用率已然成为光催化技术研究的热点方向。SrTiO3作为目前较为热门的半导体催化材料,优点在于光催化活性高,组成元素丰富,但仍具有较大带隙这一缺点,为提高其光催化性能,提升其对可见光的响应,以离子掺杂方式减小其带隙并对其进行改性是十分必要的。因此本文以亚甲基蓝(MB)为目标污染物,采用溶胶-凝胶法以碳酸锶与酒石酸为原料制备SrTiO3,通过单因素实验获得最佳光催化性能的SrTiO3。以金属元素钨(W)、银(Ag)作为掺杂元素,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、光致发光光谱分析(PL)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、比表面积测试(BET)和X射线光电子能谱(XPS)对W-SrTiO3、W-Ag共掺杂SrTiO3进行表征,考察W掺杂与W-Ag共掺杂后对SrTiO3的光催化活性及其效率的影响。结果表明,当碳酸锶与酒石酸的比例为1:4、煅烧时间为2 h、煅烧温度为700℃时,SrTiO3光催化性能达到最佳,对MB的降解率约为60.7%。以2%W掺杂SrTiO3时后其光催化性能达到最佳,与纯SrTiO3相比,光催化性能与降解率明显提高,光生电子和空穴的复合速率降低,对MB的降解率升高,降解率为86.3%。W-Ag共掺杂后SrTiO3比表面积增大,吸附能力提高,降低了电子空穴对的复合速率。当掺杂量为2%W-0.5%Ag时,在250 W汞灯照射10 h下,掺杂后的SrTiO3对MB的降解率高达95%,相比纯SrTiO3的降解率大幅度提高,相比于W-SrTiO3降解率也明显上升。综上所述,W-Ag共掺杂SrTiO3光催化剂与纯SrTiO3相比,有效的提高了SrTiO3的可见光响应,显示出了更强的光催化活性。同时增加了SrTiO3氧空位和表面吸附氧的含量,有效的抑制了电子-空穴对的复合,显著的提高了纯SrTiO3的光催化活性。
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