Mn摻雜TiO2的制備及其光催化性能研究

【摘要】本文通過溶膠-凝膠法制備了TiO2光催化劑，并在此基礎上制備了摻雜硫酸錳的TiO2光催化劑。通過對亞甲基藍的光催化降解實驗表征了以上光催化劑在可見光下對染料污染物的降解能力。

【關鍵詞】納米二氧化鈦；摻雜； 溶膠-凝膠法

自從1972年Fujishina和Honda發現在光照條件下TiO2能夠分解H2O以來，TiO2的光催化性能日益受到學者們的重視[1-3]。但TiO2光譜響應范圍窄限制了它在污染物降解中對太陽能的利用。近些年來，人們用溶膠-凝膠法合成了二氧化鈦的多種離子摻雜化合物，發現了摻雜離子不僅提高了二氧化鈦的光催化活性，而且促進了二氧化鈦對可見光的吸收[4-6]。本文采用溶膠-凝膠法來制備TiO2，并在此基礎上制備了摻雜了錳的TiO2光催化劑。通過亞甲基藍的光催化降解實驗對催化劑的可見光催化性能進行了探究。

1 實驗

1.1 試 劑

鈦酸四丁酯、鹽酸、乙酸、無水乙醇、硫酸錳（一水合）和亞甲基藍均為分析純。

1.2 儀器

自制光催化反應器，馬弗爐，電熱鼓風干燥箱，美國 Varian cary 100 型紫外-可見分光光度計（UV-vis spectrometer）。

1.3 光催化劑的制備

1.3.1納米TiO2光催化劑的制備

將一定量的無水乙醇溶于盛有稱取好的鈦酸丁酯（C16H36O4Ti）燒杯中，制得A液；向A液中先后滴入鹽酸和乙酸，將A液置于集熱式恒溫磁力攪拌器上在室溫下持續攪拌。將無水乙醇和蒸餾水的混合液（B液）緩慢滴入A液中，待B液滴完后再繼續攪拌2 h即可得到TiO2溶膠，陳化24 h，得到凝膠。將干凝膠研磨后于450 ℃下焙燒4 h即可得到TiO2光催化劑粒子。

1.3.2 硫酸錳摻雜納米TiO2的制備

硫酸錳摻雜納米TiO2的制備方法與納米TiO2光催化劑的制備方法相同，只是將B液換成硫酸錳、蒸餾水和無水乙醇的混合液，B液中Mn/Ti的摩爾百分比為0.57%。

2 結果與討論

2.1催化劑的表征

圖1為在450 ℃煅燒4 h所得的摻硫酸錳量為0.57%的MnSO4/TiO2（A）和純的TiO2（B）的紫外可見漫反射光譜圖。從圖中可知二氧化鈦摻雜0.57%硫酸錳后，其漫反射圖變化不大。因此二氧化鈦摻雜錳后并沒有擴展二氧化鈦的光響應范圍。

3 結 論

采用溶膠-凝膠法制備的硫酸錳摻雜的TiO2光催化劑。通過紫外可見圖譜說明硫酸錳的摻入不能擴展TiO2的光響應范圍；在亞甲基藍溶液初始濃度為10 mg/L，催化劑用量為8 mg時，在可見光照射下，4 h降解率達到96.5%。

圖2為亞甲基藍溶液在摻硫酸錳的摩爾百分比為0.57%的MnSO4/ TiO2樣品光催化作用下在不同光照時間的紫外-可見光譜圖。從圖可知，光照時間越長催化劑對亞甲基藍的降解率越高。

【參考文獻】

[1] Fujishima A，Honda K.Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode[J].Nature，1972，238 （5358）：37 -38.

[2] Asahi R， Morikawa T， Ohwaki T， Aoki K， Taga Y.Visible-light photocatalysis in nitrogen-doped titanium oxides[J].Science，2001，293-296.

[3] Ohno T，Mitsui T，Matsumura M.Photocatalytic activity of S-doped TiO2 phatocatalyst under visible light[J].Chemistry Letters，2003，32（4）：364-365.