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碳/铬掺杂二氧化钛粉体的制备与表征

碳/铬掺杂二氧化钛粉体的制备与表征#
 

摘要:采用球磨法合成碳、铬掺杂的氧化钛材料,碳、铬掺杂用于调节材料的氧空位缺陷度。应用X 射线衍射仪、紫外—可见分光光度计、荧光分光光度计等表征手段测试了样品的结构和光学性能。结果表明:碳、铬掺杂使材料的氧空位缺陷发生不同程度的改变。此外,对碳、铬掺杂的二氧化钛的可见光活性的来源作了相应解释。
 

关键词:复合材料;碳;铬;二氧化钛;氧空位;红移

0 引言
二氧化钛(TiO2)具有优越的光催化及亲水性能,在废水处理、空气净化、杀菌、防雾、自清洁等领域显示出广阔的潜在应用前景[1-3]。然而,TiO2 的带隙较宽,光响应范围局限于波长小于或等于387 nm 的紫外区,太阳能利用率低。光生电子—空穴易复合,寿命短,严重制约了TiO2 在光催化技术和亲水性能方面的广泛应用[4-5]。因此,为了提高TiO2 的光催化活性,改善亲水性,各国学者从制备技术、掺杂改性到催化、亲水机理对TiO2基半导体材料作了深入研究。
 

大量研究表明,TiO2 的光催化率和亲水性与氧空位缺陷度紧密相关。Kuznetson 等[6]提出非金属掺杂TiO2 的可见光催化活性源于氧空位缺陷引起的F 色心的出现。Meng 等[7]指出TiO2 表面氧空位的增加有助于增强光吸收,从而提高燃料敏化太阳能电池的光电转换效率。Serpone[8]证实了掺杂TiO2吸收边的红移与氧空位缺陷有关。Sangpour 等[9]采用射频反应磁控溅射制备了M-TiO2(M=Au, Ag, Cu) 薄膜,发现Cu-TiO2 由于更多的Ti3+氧空位的存在,对亚甲基蓝有最高的光催化降解率。Meng 等[10]应用射频磁控溅射分别在硅和石英基片上沉积了不同银含量的TiO2 纳米结构薄膜,发现薄膜的亲水性能随银含量的增加先增后减,最适宜的银含量为5.0vol%,源于表面Ti3+活性中心使薄膜表面的电子-空穴有效分离。
 

本文以含有Ti7O13缺陷态的TiO2为原料,采用球磨法对原材料进行碳或铬的掺杂改性。相关测试结果表明,碳或铬掺杂实现了对氧空位缺陷的可控性调节,扩展了氧化钛的光活性响应范围。这对氧化钛光催化及亲水性能的改进尤为重要,有利于满足氧化钛工业应用领域的不同需求。

3 结论
碳或铬掺杂样品光致发光谱强度的差异,表明了不同掺杂样品中氧空位缺陷的改变。通过碳或铬的选择性掺杂,氧化钛材料的氧空位缺陷实现了可控性调节。碳、铬掺杂样品在可见光波长范围内吸收谱强度的增加,源于不同态间电子跃迁和氧空位缺陷态的形成。
 

[参考文献] (References)
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