電化學氟化提高TiO2 薄膜光電催化性能

李 想, 張 林, 楊 波, 吳雅琴

(1. 浙江大學 化學工程與生物工程學院, 浙江 杭州 310027;2. 杭州水處理技術研究開發中心有限公司, 浙江 杭州 310012)

1 引 言

砷普遍存在于自然界的巖石和土壤中，也廣泛用于農業殺蟲和森林防護，最終進入水體造成污染。飲用水中含有砷增加膀胱、肝、腎、皮膚癌的發病率[1]。砷污染主要有As(III)和As(V)兩種價態，As(III)因流動性好，難以富集而危害性較大，因此As(III)氧化成As(V)尤為重要，對 As(III)常見的氧化方法有O2/O3，H2O2，MnO2，UV/Fe(II)，TiO2/UV 等[2-5]。這些方法中，TiO2光催化以價格低廉，性能優異，無污染而受到廣泛關注，液態體系中，TiO2能有效催化 As(III)生成 As(V)，其爭論在于催化機理不明確，主要為羥基自由基、空穴、超氧自由基3 種機理[5]。

而TiO2光催化研究中，主要以粉末形態催化劑使用較為普遍，但催化劑回收仍然是個問題[6-7]。TiO2光催化最主要不足在于禁帶寬度為3.0～3.2 eV，吸收波長小于387 nm 的紫外光，且光生載流子復合快，催化效率低[1,3,8-11]。對 TiO2摻雜是拓展光吸收范圍，抑制載流子復合，提高光催化性能的重要手段，摻雜能在一定程度上提高催化效率，拓展吸收光譜范圍，但是摻雜影響TiO2的晶型，改變能帶結構，對催化劑的穩定性造成影響(如 N[3,12]、C[13]、F[13-20]等)。特別是對于氟化 TiO2的研究，主要是采用表面吸附的方法，盡管能提高催化效率，但是氟離子在TiO2表面易脫附流失[21-23]。也有報道，在水熱體系中加入HF，制備表面氟化TiO2，但是此方法制備的催化劑，不經過高溫焙燒影響催化劑的活性[24-25]。本文采用電化學表面氟化方法，不改變催化劑本體結構，提高TiO2光電催化性能，以As(III)作為目標污染物評價催化劑性能，并催化弱吸附的目標污染物苯酚進行比較。……