稀土掺杂介孔TiO2的合成与表征

　　为实现介孔 TiO2的可见光响应，降低生产成本，科研人员对TiO2可见光改性做了大量有意义的探索[1，2]，包括介孔TiO2的合成、离子掺杂、采用贵金属沉积、半导体复合、半导体光敏化、半导体表面螯合及衍生等技术对光催化剂进行表面修饰处理以及新近报道的上转换发光等，在一定程度上推进了 TiO2光催化技术的工业化进程[3-5]。但是，由于人们对介孔材料的开发与研究时间还不长，因此从目前来看有些工作仍是以纳米TiO2为研究对象，如果将纳米TiO2的研究成果应用于介孔TiO2，将会在光催化降解方面取得巨大进展。而且，最近的报道也充分证实了这一点[6-9]。本研究着重从离子掺杂的角度对介孔TiO2进行了改性研究，通过尝试引入稀土元素钐、镝和镨，实现了介孔TiO2的可见光响应。

　　1 实验部分

　　1.1 样品制备

　　1.2 试样表征

　　用X射线衍射仪(D/Max-rA，日本理学)分析样品结构有序性及晶型和孔径大小，测试条件：CuK线，波长=1.5418A，石墨单色器，管电压40kV;管电流 60mA。SSA-4000型吸附仪(北京波奥德电子技术有限公司)测试粉体的比表面积和孔径分布，取样0.435g，以N2吸附质，液氮温度下测量。测量前样品先于 100℃脱气 5h。采用日本 JEOL-2010 透射电子显微镜(TEM)观测样品孔道形貌结构，加速电压为 200kv。紫外-可见吸收光谱，采用WGY-10 型紫外-可见吸收光谱仪，测试条件：首先将样品压片，扫描范围：300~600nm，每隔1nm取一个数据。降解污染物测试采用 721 型分光光度计，催化反应器为自制反应器，光源为 450W的高压汞灯，在 464nm 的波长处对甲基橙吸光度 A 进行测量，从而对比出催化活性最高的样品。

　　2 结果与讨论

　　2.1 紫外-可见漫反射光谱分析

　　图 1-3 是样品的紫外-可见漫反射光谱图。从图 1 可知，掺 Sm3+的样品没有使吸收边带发生红移，且整个吸收范围内，与纯的介孔TiO2相比，吸收强度明显降低，不同掺杂浓度的样品吸收强度相差无几。对于图 2 和图3，掺Dy3+和Pr3+的样品，吸收强度都有所增大，尤其是掺 Pr3+的样品，在波长 350~500nm 范围内，使吸收边带从纯 TiO2的 390nm 左右拓展到 420nm 左右，吸收边带明显红移，而且在可见光区的吸收强度比未掺杂时有很大提高。掺 Dy3+的样品虽没有掺 Pr3+的样品效果明显，但仍然提高了介孔TiO2的吸收强度，吸收边带也有少许红移，也就是说掺 Dy3+和 Pr3+后 TiO2的光谱响应范围向可见光区有所拓展。此外，从图 2 和图 3 还可以发现，适量稀土离子的掺入，可有效扩展光谱响应范围，掺杂离子浓度过高或过低都是不利的，只有选择了最佳掺量方能收到理想的掺杂效果。这里，Dy3+和 Pr3+的最佳掺量均为 0.6%。