摘要：介紹納米TiO2的制作方法，分析參雜Pd的負(fù)載型納米TiO2薄膜在紫外光照射下對羅丹明B溶液的降解效率，研究負(fù)載型納米TiO2薄膜的光催化性能。
　　關(guān)鍵詞：TiO2；光催化降解；摻雜
　　1前言
　　納米科技是20世紀(jì)80年代末至90年代初誕生的一門新興科技。1995年5月美國陸軍先進(jìn)材料試驗(yàn)室召開了有軍方、科研院所、政府部門和企業(yè)代表參加的“納米材料用于裝甲防護(hù)的可行性研究會”。會上將納米材料技術(shù)作為提高現(xiàn)役裝甲防護(hù)材料性能的核心技術(shù)來研究[1]。
　　我國在納米材料技術(shù)研究方面盡管起步較慢。但目前在理論研究和材料技術(shù)研究等方面已基本趕上世界工業(yè)發(fā)達(dá)國家的水平[2]。
　　2實(shí)驗(yàn)部分
　　2.1納米TiO2材料的制備
　　本實(shí)驗(yàn)選用水熱合成法制備納米TiO2包括制備Ti(OH)4及納米TiO2薄膜。將TiCl4、氨水和蒸餾水以1：4：10的配比制備Ti(OH)4取100mL蒸餾水放入500mL的燒杯中并將其放在磁力攪拌器上進(jìn)行緩慢攪拌取10mL的TiCl4并緩慢向燒杯中加入其后用取好40mL氨水的分液漏斗以細(xì)水流向燒杯中加入繼續(xù)攪拌5分鐘即制得濕態(tài)的Ti(OH)4將Ti(OH)4在100℃的條件下烘干并研磨成粉。取2.5g的Ti(OH)4放入裝有50mL的蒸餾水的燒杯中，調(diào)至pH=11，將配制好的溶液倒入高壓反應(yīng)釜中并加入35個瓷環(huán)，140℃件下恒溫反應(yīng)4小時后取出冷卻。
　　摻雜金屬元素的納米二氧化鈦的制備：Ti(OH)4與摻雜的元素按一定的配比做摻雜實(shí)驗(yàn)加入50mL的蒸餾水在pH=11及140℃件下恒溫反應(yīng)4小時后取出冷卻即制成摻雜元素的納米TiO2。
　　2.2光催化性能測試
　　本文采用羅丹明B為降解對象以樣品對羅丹明B溶液的光催化降解程度為評價指標(biāo)對所做產(chǎn)品的光催化性能進(jìn)行分析。取自配的5mg/L 的羅丹明B溶液30mL于200mL燒杯中將制備的納米光催化材料放入燒杯中暗置吸附2小時并每間隔一小時測定溶液的吸光度。液面高度為1.3cm燈距為10cm用30W的紫外燈照射并且每隔半小時用分光光度計(jì)測量其吸光度。
　　3結(jié)果與討論
　　3.1負(fù)載型納米TiO2的光照時間對光催化性能的影響
　　稱取2.5gTi(OH)4,在pH=11的條件下，加入35個瓷環(huán)，140℃下水熱反應(yīng)4小時，取樣品瓷環(huán)30個放入裝有30mL濃度為5mg/L的羅丹明B溶液的燒杯中，溶液液面與燈的距離為10cm，液層高度為1.3cm的條件下并且災(zāi)30w紫外燈下對羅丹明B降解4小時，此樣為空白樣品。經(jīng)過分析，造成降解率提高的原因可能是因?yàn)榭瞻讟悠吩谧贤鉄舻恼丈湎拢�隨著照射時間的增多，其納米TiO2薄膜接受到的光能量增多，使二氧化鈦價帶上的電子受到激發(fā)，躍遷到導(dǎo)帶上，從而，在導(dǎo)帶上產(chǎn)生光生電子，在價帶上產(chǎn)生光生空穴。在電場的作用下，二者分離，分別向二氧化鈦表面移動[3]。吸附于二氧化鈦表面的氧氣吸收光電子生成超氧根離子（O2－），而表面的水則與空穴作用，生成氫離子和氫氧基，它們都是活性物種，具有很強(qiáng)的氧化性[4]。因此，二氧化鈦在紫外光的多次照射下具有的光催化活性就隨著光照次數(shù)的增加而增大[5]。
　　3.2Pd元素?fù)诫s時光催化性能研究
　　稱取2.5gTi(OH)4,在pH=11的條件下，加入35個瓷環(huán)，140℃下水熱反應(yīng)4小時，取樣品瓷環(huán)30個放入裝有30mL濃度為5mg/L的羅丹明B溶液的燒杯中，溶液液面與燈的距離為10cm，液層高度為1.3cm的條件下并且災(zāi)30w紫外燈下對羅丹明B降解4小時。計(jì)算出羅丹明B的降解率。水熱反應(yīng)過程中，向反應(yīng)釜中加入Ti(OH)4的同時分別加入摩爾含量為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的PdCl2，并且在放入反應(yīng)釜之前PdCl2要將在加熱條件下攪拌使之溶。得到的樣品取出瓷環(huán)30個對羅丹明B溶液進(jìn)行降解，其降解結(jié)果根據(jù)不同Pd的摻雜量在紫外光下的降解情況可見，在PdCl2不同的摩爾含量摻雜的條件下，其樣品對羅丹明B溶液在紫外燈下的降解率不同，并且推出降解曲線并非是直線，在曲線的上方有走向平緩的趨勢，反應(yīng)速率與濃度關(guān)，由此判斷此反應(yīng)為一級反應(yīng)。由一級反應(yīng)方程式進(jìn)行模擬，以降解時間為橫坐標(biāo)，以lnco/c為縱坐標(biāo)作圖后得出Pd的摻入量（mol%）為0.40%
　　時的樣品反應(yīng)速率常數(shù)（mg/L•h）為最高（0.202）。
　　樣品在修飾Pd后，其光催化活性比空白樣品的光催化活性有較大的提高。在TiO2的表面沉積了Pd，當(dāng)TiO2受光照而激發(fā)時，TiO2價帶上的光生空穴根據(jù)能量最低原理自然流向Pd，富集在Pd的表面，而光生電子留在TiO2的導(dǎo)帶上，從而，將電子和空穴有效分離，大大延長了電子空穴對兒復(fù)合的時間，提高TiO2的光催化活性[6]。表中所示，在修飾量為0.00%和0.40%之間，反應(yīng)速率常數(shù)的值有一個很大的飛躍，這說明Pd的修飾能很大程度的提高納米TiO2的光催化活性。
　　4結(jié)論
　　使用Pd元素?fù)诫s改性使納米TiO2的光催化性能提高，最佳摻雜量為0.4%。
　　參考文獻(xiàn)：
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　　[2]李玲,向航.功能材料與納米技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002
　　[3]高濂,鄭珊,張青紅.納米氧化鈦光催化材料及應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002
　　[4]徐國財(cái),張立德.納米復(fù)合材料[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002
　　[5]楊和,馬興冠,趙蘇.光催化技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué),2004,30(121):9~11