1．引言 TiO2光催化剂具有光催化活性高、化学性(2)
2013-05-02 18:07
导读：3.2 样品UV-vis 分析 从图3和图4中可以看出，P25光响应范围仅限于紫外光区，而制备的Mn-TiO2-S和Mn-TiO2-C系列样品在400-650 nm处的可见光区域有一个较强的吸收，
3.2 样品UV-vis 分析
从图3和图4中可以看出，P25光响应范围仅限于紫外光区，而制备的Mn-TiO2-S和Mn-TiO2-C系列样品在400-650 nm处的可见光区域有一个较强的吸收，这可能归因于少量的Mn离子进入TiO2晶格，或者存在于TiO2间隙中，而锰元素的存在使TiO2的价带和导带之间产生中间能级，光生电子和空穴可以通过这些中间能级发生跃迁，因此所需的激发能量降低至可见光范围，从而使锰掺杂的TiO2具有可见光吸收性能。这种光吸收性能的改变也使其具有了可见光下的光催化活性。随着Mn量的增加，样品在可见光区域的吸收增加，并且在图中未发现Mn氧化物的吸收峰，说明Mn在样品中的分散性很好。
3.3 样品光催化活性测试
以样品Mn-TiO2-S-400 为例，考察了在可见光照射下罗丹明B 的降解情况。由图5可知 , 150 min 后脱色率达到99.6%。吸收峰在降解过程中向短波方向移动，表明降解不是一步完成，而是显色基团先分解，然后逐步矿化为CO2、H2O 和无机离子[18]。
过渡金属离子可以作为光生电子-空穴对的浅势捕获阱或者作为再结合中心，故掺杂金属离子改性后的TiO2 光催化效率也随之发生变化，其中有许多因素会影响其光降解效率，如制备方法、掺杂离子浓度、掺杂物在粒子内的分布等等[19]。在图6 和图7 中，与P25 相比，所有经过Mn 掺杂的样品对罗丹明B 的降解均具有较高的可见光催化活性，与其吸收光谱分析中Mn-TiO2 系列样品在可见光区域的较强吸收结果一致。样品对罗丹明B 的降解效率随着Mn 掺杂量的增加而降低，归因于在Mn 含量较低时，Mn 离子可捕获光生电子，从而使光生电子-空穴有效分离，抑制了光生电子和空穴的复合，延长了载流子的寿命。当Mn掺杂量超过一定量时，由于俘获载流子陷阱之间的平均距离降低，使电子-空穴的复合速率随掺杂浓度的增加而增加，从而降低了光催化性能。同时，从XRD 分析结果中可以看出，Mn 掺杂量较低时催化剂具有更好的锐钛矿晶型结构和更小的晶粒尺寸，导致其较高的光催化活性。随着Mn 掺杂量的增加，样品的粒径逐渐增大，意味着其比表面积相应减小，不利于界面光催化反应的进行，从而使其反应活性降低。
大学排名 中还发现，Mn-TiO2-S 样品的光催化效率均高于相同Mn/Ti 比的Mn-TiO2-C样品。图8 为可见光照射120 min 时不同锰源的Mn-TiO2 对罗丹明B 降解效率的比较。从图中可以发现，Mn-TiO2-S 系列比Mn-TiO2-C 系列具有更高的光催化活性，这可能归因于硫酸锰相对草酸锰较易水解，在钛酸丁酯形成TiO2 过程中易进入TiO2 晶格，同时由XRD 图谱中可知，Mn-TiO2-S 样品具有相对更小的粒径，其较小的粒径对应着较大的比表面积，从而有利于提高光催化剂的催化活性。
4．结论
分别以MnSO4·H2O和MnC2O4·4H2O为锰源，采用水热法成功合成了具有可见光响应的Mn-TiO2光催化剂。制备的Mn-TiO2样品均表现为锐钛矿晶型，Mn的掺杂抑制了TiO2晶粒生长，且以MnSO4·H2O为锰源制备的Mn-TiO2粒径略小于以MnC2O4·4H2O为锰源制备的样品。在可见光照射下，所有Mn-TiO2催化剂对罗丹明B具有明显的可见光降解效果，并且低Mn掺杂量的Mn-TiO2-S催化剂具有较高的光催化活性，这归因于其较小的粒径及更好的晶型结构。
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