活性炭负载N掺杂可见光型TiO2-xNy/AC光催化剂的制备及性能研究

doi:10.3724/SP.J.1077.2008.00464

无机材料学报

活性炭负载N掺杂可见光型TiO_2-xN_y/AC光催化剂的制备及性能研究

陈孝云, 刘守新, 张显权

东北林业大学材料科学与工程学院, 哈尔滨 150040

收稿日期:2007-05-30 修回日期:2007-08-28 出版日期:2008-05-20 网络出版日期:2008-05-20

Preparation and Properties of Activated Carbon Supported Nitrogen
Doped Visible-light Response TiO_2-xN_y/AC Photocatalysts

CHEN Xiao-Yun, LIU Shou-Xin, ZHANG Xian-Quan

College of Material Science and Engineering, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China

Received:2007-05-30 Revised:2007-08-28 Published:2008-05-20 Online:2008-05-20

摘要/Abstract

摘要： 将活性炭负载与N掺杂有效结合, 采用酸催化水解法在粉状活性炭(AC)表面合成TiO₂前驱体, 在NH₃/N₂气氛中程序升温处理制得N掺杂TiO_2-xN_y/AC(TON/AC)光催化剂. 以苯酚为模型物, 考查了TON/AC紫外光区、可见光区及太阳光下催化活性以及分离性能、使用寿命. 采用XPS、XRD、DRS、FTIR、SEM、低温氮物理吸附对光催化剂的表面特征、吸光特性、晶相结构等进行表征. 结果表明, N以阴离子形式进入TiO₂体相并置换晶格中的O, 适量N掺杂的TON/AC在紫外光区、可见光区及太阳光下均表现出较高的活性. N掺杂在TiO₂表面生成Ti--O--N键, 形成新的能级结构, 使催化剂的吸收红移至450～550nm, 诱发TiO₂可见光催化活性. AC负载可降低TiO₂团聚体的尺寸, 增加催化剂比表面积, 为光催化降解提供高浓度环境, 从而提高光催化效率同时还可改善催化剂分离性能, 提高催化剂使用寿命.

关键词: TiO₂, N掺杂, 活性炭, 光催化

Abstract: An efficient visible-light response composite photocatalyst TiO_2-xN_y/AC was prepared by calcination of the mixture of TiO₂ precursor made by acid catalyzed hydrolysis method and actived carbon (AC) in NH₃ /N₂atmosphere. Photocatalytic activity was investigated through the photocatalytic degradation of phenol. The separability of TON/AC was determined by gravity
sedimentation. X-ray photoelectron spectroscope, X-ray diffraction, diffuse reflectance spectroscope, Fourier transform infrared spectroscope, scanning electron microscope and N₂adsorption isotherm were used for catalyst characterization. The results show that anion N is incorporated into TiO₂ lattice and substitutes part of O. TON/AC with suitable N-doping
exhibits high activity under ultraviolet light, visible light and solar light irradiation. Also, TON/AC exhibits better decantability and less deactivation. Doped-N can form a new band gap above the valence band of TiO₂ which can extend the adsorption edge to 450--550nm. In addition, Actived carbon support is beneficial to the high dispersion and large surface area of N-doped TiO₂.

Key words: TiO₂, nitrogen doped, activated carbon, photocatalytic

中图分类号:

O643

陈孝云,刘守新,张显权. 活性炭负载N掺杂可见光型TiO_2-xN_y/AC光催化剂的制备及性能研究[J]. 无机材料学报, DOI: 10.3724/SP.J.1077.2008.00464.

CHEN Xiao-Yun,LIU Shou-Xin,ZHANG Xian-Quan. Preparation and Properties of Activated Carbon Supported Nitrogen
Doped Visible-light Response TiO_2-xN_y/AC Photocatalysts[J]. Journal of Inorganic Materials, DOI: 10.3724/SP.J.1077.2008.00464.

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