Zr离子掺杂TiO2可见光催化剂光催化活性的研究

化学学报 ›› 2009, Vol. 67 ›› Issue (24): 2759-2764. 下一篇

研究论文

Zr离子掺杂TiO₂可见光催化剂光催化活性的研究

王恩君¹,杨辉云²,曹亚安³

(a 南开大学物理学院天津300071) (b 南开大学泰达学院应用物理学院天津300457)

投稿日期:2009-06-05 修回日期:2009-08-04 发布日期:2010-02-04
通讯作者: 曹亚安 E-mail:caoyaan@yahoo.com
基金资助:
国家自然科学基金(Nos. 20573060，50872056)

Photocatalytic Activity of Visible-Light-Driven Zirconium Doped TiO2 Photocatalysts

Wang, Enjun^a,b Yang, Huiyun^a,b Cao, Yaan*,^a,b

(a College of Physics, Nankai University, Tianjin 300071) (b Applied Physics School, Teda College, Nankai University, Tianjin 300457)

Received:2009-06-05 Revised:2009-08-04 Published:2010-02-04

文章分享

摘要/Abstract

本文采用溶胶-凝胶法制备了Zr离子掺杂TiO₂光催化剂。光催化降解对氯苯酚实验表明，Zr离子掺杂浓度为10%时活性最高，其紫外光、可见光催化活性分别是纯TiO₂的1.5倍和4倍。利用XRD、Raman、XPS、UV-Vis DRS、PL等技术对样品进行了表征，结果表明：Zr离子以取代式掺杂方式进入TiO₂晶格，在TiO₂导带下方形成掺杂能级，增强了可见光响应，促进了光生载流子的分离，此外Zr离子掺杂在催化剂表面引入大量表面缺陷，增加了表面羟基物种，从而使得Zr离子掺杂TiO₂光催化剂的紫外、可见光催化活性显著提高。

关键词: Zr 离子掺杂, TiO2, 可见光响应, 光催化

TiO₂ doped by different contents of zirconium ions were prepared by sol–gel method. The experiments of 4-chlorophenol photocatalytic degradation showed that TiO₂ with zirconium doped content at 10% exhibits the best photocatalytic activity. Its photocatalytic efficiency is 1.5 and 4 times as high as that of pure TiO₂ under ultraviolet and visible light. The samples were characterized by XRD, Raman, XPS, UV-Vis DRS and PL. It was revealed that zirconium ions substituted the lattice titanium ions in TiO₂ lattice. And thus, the doping energy level attributed to the zirconium dopant was located at 0.3 eV below the conduction band of TiO₂, which enhanced the response to the visible light and accelerated the separation of photogenerated carries. In addition, more surface defects and hydroxyls were presented on the surface of zirconium doped TiO₂. Consequently, the zirconium doped TiO₂ showed improved photocatalytic activity for photodegradation of 4-chlorophenol compared to pure TiO2 under both UV and visible light irradiation.

Key words: Zr ion doping, TiO₂, visible-light response, photocatalysis

引用此文

王恩君, 杨辉云, 曹亚安. Zr离子掺杂TiO₂可见光催化剂光催化活性的研究[J]. 化学学报, 2009, 67(24): 2759-2764.

WANG En-Jun, YANG Hui-Yun, CAO E-An. Photocatalytic Activity of Visible-Light-Driven Zirconium Doped TiO2 Photocatalysts[J]. Acta Chimica Sinica, 2009, 67(24): 2759-2764.

导出引用 EndNote|Reference Manager|ProCite|BibTeX|RefWorks

分享此文

参考文献

1 Nolan, M.; Parker, S. C.; Watson, G. W. Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 216.
2 Lu, M. H.; Li, M. S.; Shan, Y. H.; Seshan, K.; Lefferts, L. Chin. J. Chem. 2008, 26, 1035.
3 Bi, Y. S.; Lu, G. X. Acta Chim. Sinica 2003, 61, 635 (in Chinese). (毕玉水, 吕功煊, 化学学报, 2003, 61, 635.) 4 Aneggi, E.; Llorca, J.; Boaro, M.; Trovarelli, A. J. Catal. 2005, 234, 88.
5 Breysse, M.; Guenin, M.; Claudel, B.; Veron, J. J. Catal. 1973, 28, 54.
6 Fu, Y. L.; Tian, Y. C.; Xiang, X. Y. J. Univ. Sci. Technol. Chin. 1989, 19, 482 (in Chinese). (伏义路, 田杨超, 项肖宜, 中国科学技术大学学报, 1989, 19, 482.) 7 Zhou, K. B.; Wang, X.; Sun, X. M.; Peng, Q.; Li, Y. D. J. Catal. 2005, 229, 206.
8 de Carolis, S.; Pascual, J. L.; Petterson, L. G. M.; Baudin, M.; Wojcik, M.; Hermansson, K.; Palmqvist, A. E. C.; Muhammed, M. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 7627.
9 Fabris, S.; Vicaro, G.; Balducci, G.; de Gironcoli, S.;Baroni, S. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 22860.
PMid:16853978 10 Sayle, T. X. T.; Parker, S. C.; Catlow, C. R. A. Surf. Sci.1994, 316, 329.
11 Yang, Z. X.; Woo, T. K.; Hermansson, K. Chem. Phys. Lett. 2004, 396, 384.
12 Huang, M.; Fabris, S. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 8643. 13 Nolan, M.; Watson, G. W. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 16600.
PMid:16913795 14 Herschend, B.; Baudin, M.; Hermansson, K. Chem. Phys. 2006, 328, 345.
15 Jiang, S. Y.; Teng, B. T.; Yuan, J. H.; Guo, X. W.; Luo, M. F. Acta Phys.-Chim. Sin. 2009, 25, 1629 (in Chinese). (蒋仕宇, 滕波涛, 袁金焕, 郭晓伟, 罗孟飞, 物理化学学报, 2009, 25, 1629.) (a) Hohenberg, P.; Kohn, W. Phys. Rev. 1964, 136, B864.
(b) Kohn, W.; Sham, L. J. Phys. Rev. 1965, 140, A1133.
(a) Kresse, G.; Hafner, J. Phy. Rev. B 1994, 49, 14251.
(b) Kresse, G.; Furthmiiller, J. Comput. Mater. Sci. 1996, 6, 15.
18 Jiang, S. Y.; Teng, B. T.; Lu, J. Q.; Liu, X. S.; Yang, P. F.; Yang, F. Y.; Luo, M. F. Acta Phys.-Chim. Sin. 2008, 24, 2025 (in Chinese). (蒋仕宇, 滕波涛, 鲁继青, 刘雪松, 杨培芳, 杨飞勇, 罗孟飞, 物理化学学报, 2008, 24, 2025.) 19 Hoffmann, R. J. Chem. Phys. 1963, 39, 1397. 20 Landrum, G. A. Viewkel, Version 3.0. Viewkel is distributed as part of the YAeHMOP extended Hückel molecular orbital package and is freely available on the Internet at http://overlap. chem. cornell. edu: 8080/YAeHMOP. html. 21 Zheng, C.; Apeloig, Y.; Hoffmann, R. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 149.
22 Wen, X. D.; Cahill, T. J.; Hoffmann, R. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 2199.
PMid:19159288 23 Yang, Z. X.; Woo, T. K.; Baudin, M.; Hermansson, K. J. Chem. Phys. 2004, 120, 7741. (a) Li, C.; Sakata, Y.; Arai, T.; Domen, K.; Maruya, K.; Onishi, T. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1 1989, 85, 929.
(b) Li, C.; Sakata, Y.; Arai, T.; Domen, K.; Maruya, K.;Onishi, T. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1 1989, 85, 1451.

[1]	陈健强, 朱钢国, 吴劼. 镍催化氮杂环丙烷的开环偶联反应研究[J]. 化学学报, 2024, 82(2): 190-212.
[2]	吴宇晗, 张栋栋, 尹宏宇, 陈正男, 赵文, 匙玉华. “双碳”目标下Janus In₂S₂X光催化还原CO₂的密度泛函理论研究[J]. 化学学报, 2023, 81(9): 1148-1156.
[3]	刘嘉文, 林玮璜, 王惟嘉, 郭学益, 杨英. Cu_1.94S-SnS纳米异质结的合成及其光催化降解研究[J]. 化学学报, 2023, 81(7): 725-734.
[4]	何明慧, 叶子秋, 林桂庆, 尹晟, 黄心翊, 周旭, 尹颖, 桂波, 汪成. 卟啉基共价有机框架的光催化研究进展^★[J]. 化学学报, 2023, 81(7): 784-792.
[5]	刘坜, 郑刚, 范国强, 杜洪光, 谭嘉靖. 4-酰基/氨基羰基/烷氧羰基取代汉斯酯参与的有机反应研究进展[J]. 化学学报, 2023, 81(6): 657-668.
[6]	李飞, 丁汇丽, 李超忠. 基于氟仿衍生的三氟甲基硼络合物参与的烯烃氢三氟甲基化反应[J]. 化学学报, 2023, 81(6): 577-581.
[7]	徐袁利, 潘辉, 杨义, 左智伟. 连续流条件下蒽-铈协同催化的苄位碳氢键选择性氧化反应^★[J]. 化学学报, 2023, 81(5): 435-440.
[8]	齐学平, 王飞, 张健. 后合成法构筑钛基金属有机框架及其应用[J]. 化学学报, 2023, 81(5): 548-558.
[9]	陈健强, 朱钢国, 吴劼. 草酸酯类化合物在自由基脱羟基化反应中的研究进展[J]. 化学学报, 2023, 81(11): 1609-1623.
[10]	杨春晖, 陈景超, 李新汉, 孟丽, 王凯民, 孙蔚青, 樊保敏. 可见光催化的硅烷二氟烯丙基化反应[J]. 化学学报, 2023, 81(1): 1-5.
[11]	解众舒, 薛中鑫, 许子文, 李倩, 王洪宇, 李维实. 石墨相氮化碳的共轭交联修饰及其对可见光催化产氢性能的影响[J]. 化学学报, 2022, 80(9): 1231-1237.
[12]	祁育, 章福祥. 太阳能光催化分解水制氢^※[J]. 化学学报, 2022, 80(6): 827-838.
[13]	舒恒, 包义德日根, 那永. CdS基纳米管光催化氧化5-羟甲基糠醛选择性生成2,5-呋喃二甲醛[J]. 化学学报, 2022, 80(5): 607-613.
[14]	龚雪, 马新国, 万锋达, 段汪洋, 杨小玲, 朱进容. 二维单层MoSi₂X₄ (X=N, P, As)的电子结构及光学性质研究[J]. 化学学报, 2022, 80(4): 510-516.
[15]	安攀, 张庆慧, 杨状, 武佳星, 张佳颖, 王雅君, 李宇明, 姜桂元. 双碳目标下太阳能制氢技术的研究进展[J]. 化学学报, 2022, 80(12): 1629-1642.

Zr离子掺杂TiO₂可见光催化剂光催化活性的研究

Photocatalytic Activity of Visible-Light-Driven Zirconium Doped TiO2 Photocatalysts

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用此文

分享此文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

相关统计

本文评价