摘要:
TiO2半導(dǎo)體由于具有清潔、無毒光催化性能優(yōu)異和熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點,一直是光催化理論及應(yīng)用研究的一個熱點材料,但其較寬的禁帶寬度(金紅石3.0eV,銳鈦礦3.2eV)和較快的光生載流子復(fù)合速率限制著其進(jìn)一步應(yīng)用.在本研究中,我們通過直接煅燒TiOF2前體成功制備出具有截斷八面體形貌的銳鈦礦TiO2納米及亞微米晶體,并采用現(xiàn)代測試方法綜合分析了煅燒溫度對其結(jié)晶度、{001}/{101}晶面比例以及光催化性能的影響,然后以高結(jié)晶度的TiO2樣品負(fù)載Au,進(jìn)一步探討了負(fù)載Au對其可見光催化活性的提升.X射線衍射圖譜(XRD)和拉曼光譜表征結(jié)果表明,未煅燒的樣品為TiOF2,在700°C以下煅燒的樣品均呈純銳鈦礦相,而800°C煅燒的樣品出現(xiàn)了少量金紅石相,表明以TiOF2為前體制備的TiO2銳鈦礦相向金紅石相的轉(zhuǎn)變溫度明顯高于常規(guī)TiO2材料.同時,XRD峰強度隨煅燒溫度升高而增大,表明樣品結(jié)晶度提高,因而我們認(rèn)為700與800°C煅燒的樣品結(jié)晶度較高,而且保持了純的或大量的銳鈦礦物相.根據(jù)XRD譜得到的{001}與{101}晶面方向的平均尺寸計算了{(lán)001}/{101}晶面比例.結(jié)果顯示,隨著煅燒溫度提高,{001}/{101}晶面比例增大.通過場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察到煅燒的樣品具有較規(guī)則的截斷八面體雙錐形貌,煅燒溫度越高,形貌越規(guī)則,顆粒尺寸越大.N2吸附-解吸等溫線測試結(jié)果顯示,煅燒后樣品的比表面積低于未煅燒的TiOF2,原因是煅燒后的樣品團(tuán)聚現(xiàn)象比較嚴(yán)重.紫外-可見漫反射光譜顯示煅燒樣品的吸收邊相比于未煅燒的TiOF2發(fā)生明顯紅移.不同樣品在紫外光下降解甲基藍(lán)與甲醛的性能研究表明,700°C煅燒的樣品具有最高的光催化活性,這可歸因于其較高的結(jié)晶度及純的銳鈦礦相結(jié)構(gòu).對于負(fù)載Au的高結(jié)晶度TiO2樣品(Au-T700和Au-T800),紫外-可見漫反射光譜中在597nm處出現(xiàn)了Au的等離子吸收峰,X射線光電子能譜中86與83eV處Au4f峰的出現(xiàn)也表明Au成功負(fù)載在材料表面.丙酮可見光催化降解實驗表明,相比于未負(fù)載的700和800°C下煅燒TiOF2制備的TiO2,負(fù)載Au的樣品的催化活性分別提高了2.6和4.8倍.綜上所述,通過升高煅燒溫度可提高TiO2的結(jié)晶度、晶粒尺寸和{001}/{101}晶面比例.而結(jié)晶度和{001}/{101}晶面比例的提高可以抑制電子和空穴的復(fù)合,從而提高TiO2液相和氣相光催化活性.在具有最高結(jié)晶度和{001}/{101}晶面比例的TiO2上負(fù)載,后其可見光催化活性進(jìn)一步提高.