不同金含量的Au-TiO2样品的XRD谱
近年来, 半导体光催化技术在环境保护中的应用引起了人们的广泛关注, 该技术因能耗低、氧化能力强、反应条件温和以及无二次污染等优点而具有广阔的应用前景. 在众多半导体光催化剂中,TiO2是比较理想的材料之一, 但其对太阳能的利用率和量子效率低是步入环境工业应用前需要解决的难题. 为此, 人们对TiO2进行了大量的改性研究. 其中, 用贵金属掺杂修饰被认为是比较有效的方法之一. 贵金属和半导体具有不同的费米能级, 会在金属-半导体界面上形成Schottky能垒, 成为光催化中阻止电子-空穴复合的电子陷阱. 现有文献报道的贵金属掺杂多为Pt和Ag, 对掺Au的报道多为表面沉积方面的研究.
中国日用化学工业研究院杜志平等人以钛酸四丁酯和氯金酸为原料, 通过溶胶-凝胶法制备了Au掺杂的纳米TiO2光催化剂粉体, 并用XRD、BET、XPS和固体紫外可见吸收光谱等技术对其晶相结构、比表面积、表面组成及紫外可见光响应范围进行了表征, 对其光催化降解非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚(NPE-10)的活性进行了考察. 结果表明, 掺杂的Au在纳米TiO2粉体材料中可能以两种形态存在, 即以Au3+离子形式替代Ti 4+进入TiO2晶格和以Au原子态形式暴露于粉体表面. 前者使TiO2在480-650nm 出现了更强的光吸收; 后者中处于表面原子态的Au又会成为光生电子的受体, 有效地避免了光生电子空穴对的复合. 通过对掺杂量及处理温度的优化, 在n Au3+/nTi4+=0.005, 500℃煅烧的条件下可以制得具有较高的光催化活性的Au/TiO2粉体. 对NPE-10的光催化氧化试验显示, 日光照射4 h后降解效率可以达到91.8%; 而用未改性的纳米TiO2, 在同样条件下, NPE-10的光催化降解效率仅能达到50.2%, 商品Degussa P-25 也只能达到66%.