钆掺杂纳米二氧化钛光催化剂的制备及其光催化性能研究

杨辉，李芬，刑宝岩

(山西大同大学 化学与环境工程学院，山西 大同 037009)

TiO2是一种n 型半导体材料，具有优异的光催化性能、无毒、成本低、化学性能稳定、可再生循环利用等特点，在太阳能转换、污水中有机物降解等方面有着重要的应用价值［1-4］。锐钛型纳米TiO2光催化剂具有很高的光电活性，具有对可见光透过性好的特点，无需掺杂其他物质或复合就会对387.5 nm 以下的紫外光有很强的吸收［5-6］。

由于TiO2禁带宽度在3.2 eV 左右，只对紫外光有响应，对太阳光利用率不足5%［7］。而且，由于光激发产生的电子与空穴的复合［8］，导致TiO2的光量子效率很低。人们使用多种手段对TiO2进行改性来克服这两个缺点，其中主要的方法有半导体复合，过渡金属离子掺杂，稀土金属离子掺杂等［2-3，9］。其中Gd3+掺杂对提高TiO2的光催化活性最有利［10-11］。

本实验采用溶胶-凝胶法制备Gd3+掺杂纳米二氧化钛，并对其光催化活性进行研究。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

钛酸四正丁酯、无水乙醇、冰醋酸、氧化钆、甲基橙、硝酸均为分析纯。

FA1104 电子天平;85-2 恒温磁力搅拌器;721分光光度计;KQ-50DA 超声清洗仪;4-12 箱式电阻炉;D/Max 2550VB + /PC 型粉末衍射仪;S-4800 冷场发射扫描电镜。

1.2 掺Gd3+纳米二氧化钛的制备

3.625 g 氧化钆，溶于200 mL 硝酸溶液中，配制0.1 mol/L 的硝酸钆溶液。100 mL 烧杯中，加入15 mL 无水乙醇，8 mL 钛酸四正丁酯和10 mL 醋酸，混合，快速搅拌30 min，得溶液1。将3.5 mL 蒸馏水、8 mL 无水乙醇和掺杂钆摩尔分数分别为0.1%，0.2%，0.5%，1.0%，1.2%，1.5%，2.0%的硝酸钆溶液混合，搅拌20 min，得溶液2。将溶液2缓慢加入溶液1 中，快速搅拌4 h，得黄色溶胶，室温下陈化1 周，得白色凝胶。干燥后研磨，得白色粉末。……