Mn，N掺杂纳米二氧化钛的制备及其光催化性能研究

纳米TiO2具有高的氧化还原能力、化学性质稳定、对人体无毒和成本低等优点,在利用太阳能的半导体中受到重视。近来TiO2被广泛应用到空气净化（例如NOx及VOCs的降解）、杀菌以及水质净化方面,并可以将大多数有机污染物最终降解成为CO2、H2O以及其它无机小分子物质。但TiO2禁带宽度大（3.2 eV）,只能利用太阳光中的紫外线部分（仅占太阳光能3～5%）,此外,光生电子与空穴的高复合几率还会降低光量子产率,这使TiO2作为光催化剂在实际应用中难以大规模推广。考虑到以上因素,本研究使用锰、氮共掺杂TiO2 ,对其进行改性研究,以期使TiO2的吸收波长向可见光方向移动,并使TiO2的光催化活性得到提高。 分别以MnSO4·H2 O和MnC2 O4·4H2O为锰源,采用水热法制备了锰掺杂的Mn-TiO2光催化剂,并采用X-射线衍射、紫外-可见光漫反射光谱等技术对样品进行了表征。以罗丹明B的光催化降解为模型反应,考察了不同锰源、锰掺杂量对催化剂光催化性能的影响。结果表明,所有制备的Mn-TiO2均表现为锐钛矿相,Mn的掺杂抑制了TiO2晶粒生长,且以MnSO4·H2 O为锰源制备的Mn-TiO2粒径略小于以MnC2 O4·4H2O为锰源制备的样品,所有Mn-TiO2催化剂的光响应范围拓宽至可见光区域,对罗丹明B具有明显的可见光降解效果,并且以MnSO4·H2 O为锰源的催化剂具有较高的光催化活性。 采用溶胶-凝胶法成功合成了具有可见光响应的不同锰掺杂量的Mn-TiO2和Mn-N-TiO2光催化剂,并采用XRD、UV-vis、XPS、ESR等技术考察了锰掺杂量、多元掺杂、煅烧温度等因素对催化剂结构性质的影响。结果表明在400℃热处理的Mn-TiO2和Mn-N-TiO2样品均表现为锐钛矿晶型,Mn、N掺杂对TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变有明显抑制作用,其光响应范围拓宽至可见光区域。400℃热处理的Mn-N-TiO2-400的XPS图谱表明N原子取代TiO2中O形成Ti-N结构,同时发现加入了少量的Mn后,促进N元素在TiO2的有效掺杂。以罗丹明B的光催化降解为模型反应表明,掺杂N、Mn元素后,催化剂对罗丹明B具有明显的可见光降解效果,并且Mn-N-TiO2的可见光光催化活性优于TiO2 ,N-TiO2及Mn-TiO2。