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二氧化钛是一种具有半导体性质的光催化剂,可利用低能量的紫外光照射进行污染物光催化分解反应。本研究以Fe、C的不同形式的掺杂(单一掺杂、联合掺杂和离子注入),在玻璃片上制备了TiO2薄膜,并用此薄膜对甲基橙在紫外光和可见光下进行降解。
用溶胶凝胶法合成TiO2,并在其中掺杂Fe3+和C。发现两者的掺杂在450℃处理后,除了晶格系数发生了不超过1%的变化外,都不会对的TiO2结构产生太大的影响。但是发现它们都明显地提高了TiO2在紫外光照射下对污染物的分解效率,并且大大拓展了TiO2对可见光的响应范围。其中,无论是紫外光下,还是可见光下降解甲基橙溶液,掺C的效果都要好些。尤其是掺C量为18.9wt%时,效果最好。在掺杂量方面,由于光催化效果受多种因素的影响,因此两种掺杂都有最佳掺杂量。
挑选掺杂效果最好的掺C18.9wt%(C与Ti质量比,下同)和掺Fe0.25%(Fe与Ti的原子个数比,下同)进行联合掺杂,发现所制得的TiO2薄膜光催化效果反而变差,而且还低于其它非最佳单一掺杂量的样品。
同样,对最优效果的掺C18.9wt%和掺Fe0.25%分别进行离子注入,其中掺C18.9wt%的注入Fe,1×1016,3×1016,6×1016三种剂量,掺Fe0.25%的注入C,1×1016,3×1016,6×1016三种剂量。对所制得的TiO2薄膜进行光催化测试,发现掺C注入Fe的TiO2薄膜,比注入前时的光催化效果差,但是与未掺杂的样品效果还是提高了。但是掺Fe注入C的TiO2薄膜,注入后催化效果明显比注入前降低很多,在紫外光照射下接近未改性时的效果,在可见光照射下的甚至没什么效果。