一步溶剂热法合成C掺杂介孔TiO2可见光光催化材料

doi:10.7503/cjcu20131301

高等学校化学学报 ›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (5): 1016.doi: 10.7503/cjcu20131301

一步溶剂热法合成C掺杂介孔TiO₂可见光光催化材料

丁双¹, 朱国巍², 王润伟¹(), 张宗弢¹, 裘式纶¹

1. 吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室, 长春 130012
2. 北华大学化学与生物学院, 吉林 132013

收稿日期:2014-01-02 出版日期:2014-05-10 发布日期:2014-04-12
作者简介:联系人简介: 王润伟, 男, 博士, 副教授, 主要从事新型无机催化材料的研究. E-mail:rwwang@jlu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 20971052, 20770141, 201201145)资助

Synthesis of Carbon-doped Mesoporous TiO₂ Visible-light Photocatalytic Materials via One Pot Solvothermal Method^†

DING Shuang¹, ZHU Guowei², WANG Runwei^1,^*(), ZHANG Zongtao¹, QIU Shilun¹

1. State Key Laboratory of Inorganic Synthesis and Preparative Chemistry, Jilin University, Changchun 130012, China
2. School of Chemical and Biological, Beihua University, Jilin 132013, China

Received:2014-01-02 Online:2014-05-10 Published:2014-04-12
Contact: WANG Runwei E-mail:rwwang@jlu.edu.cn
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(Nos.20971052, 20770141, 201201145)

摘要/Abstract

摘要：

在无模板剂的条件下, 以钛酸四丁酯为钛源, 采用一步溶剂热法, 在乙醇体系中合成出C掺杂TiO₂球状介孔可见光光催化材料. 通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、氮气吸附-脱附仪、 X射线光电子能谱(XPS)、固体漫反射(UV-Vis)以及光降解罗丹明B实验等对其进行了结构表征和性能测试. 实验结果表明, 合成样品为锐钛矿晶型, 材料表现为由纳米粒子堆积而成的大小均一的球形形貌. TiO₂材料的结晶度和粒子形貌大小可以通过乙酸加入量来进行调控, 这对于实际应用具有重要意义. 同时, 通过测试证明样品中的C原子进入TiO₂晶格内部, 取代了O原子的位置, 窄化了TiO₂内部的能带结构, 从而大大提高了材料的可见光光催化活性, 结果证明合成材料对污染物具有很好的吸附性能和光降解性能.

关键词: C掺杂TiO2, 介孔材料, 可见光催化材料, 一步溶剂热法

Abstract:

C doped TiO₂ mesoporous materials with spherical morphology were synthesized via solvothermal method in ethanol, using tetrabutyl titanate(TBOT) as the titanium source under template-free condition. The synthesized samples were characterized by XRD, SEM, TEM, N₂ adsorption-desorption, XPS, UV-Vis, and photocatalytic degradation of RhB. The results indicated that, the synthesized samples were pure phase anatase TiO₂, and they had morphology of uniform size spheres with the accumulation of the nanoparticles. The crystallinity and morphology of the synthesized samples could be regulated by the volume of adding acetic acid during the synthesis process. The results showed trace of C atoms getting into TiO₂ crystal lattice, replacing the position of O atoms, narrowing the band gap of TiO₂, and leading to the enhancement of visible light absorption. Photocatalytic test confirmed its excellent adsorption property and photocatalytic activity under visible light, which have very important meaning for solving environmental problems in current society.

Key words: C doped TiO2, Mesoporous material, Visible-light photocatalytic material, One pot solvothermal method

中图分类号:

O641
O643

TrendMD:

丁双, 朱国巍, 王润伟, 张宗弢, 裘式纶. 一步溶剂热法合成C掺杂介孔TiO₂可见光光催化材料. 高等学校化学学报, 2014, 35(5): 1016.

DING Shuang, ZHU Guowei, WANG Runwei, ZHANG Zongtao, QIU Shilun. Synthesis of Carbon-doped Mesoporous TiO₂ Visible-light Photocatalytic Materials via One Pot Solvothermal Method^†. Chem. J. Chinese Universities, 2014, 35(5): 1016.

图/表 9

Fig.1 XRD patterns of C-TiO2-x samples^a. C-TiO2-0; b. C-TiO2-2; c. C-TiO2-4; d. C-TiO2-6.

Fig.2 SEM images of C-TiO2-x samples^(A, B) C-TiO2-0; (C, D) C-TiO2-2; (E, F) C-TiO2-4; (G, H) C-TiO2-6.

Fig.3 IR spectra of C-TiO2-x samples^a. C-TiO2-0; b. C-TiO2-2; c. C-TiO2-4; d. C-TiO2-6.

Fig.4 TEM images of sample C-TiO2-4

Fig.5 N2 adsorption-desorption isotherms(A) and pore size distributions(B) of C-TiO2-x samples^a. C-TiO2-0; b. C-TiO2-2; c. C-TiO2-4; d. C-TiO2-6.

Table 1 Textual data of various samples prepared with different amounts of acetic acid

Sample	V(acetic acid)/mL	S_BET/(m²·g^-1)	Pore diameter/nm	V_pore/(cm³·g^-1)	Crystal size/nm	Molar fraction of C in Ti—C(%)
C-TiO₂-0	0	135.15	3.7	0.1491	7.6	1.17
C-TiO₂-2	2	113.90	6.2	0.1778	8.7	1.30
C-TiO₂-4	4	118.25	14.4	0.3255	8.3	1.48
C-TiO₂-6	6	138.65	12.4	0.4283	9.0	1.77
P25		64.515				0

Fig.6 Survey XPS spectra for C-TiO2-x(A) and XPS spectra for C1s state(B)^ a. C-TiO2-0; b. C-TiO2-2; c. C-TiO2-4; d. C-TiO2-6.

Fig.7 UV-Vis spectra of P25(a) and C-TiO2-0(b)

Fig.8 Photocatalytic activity of C-TiO2-x samples^▲ C-TiO2-0; ▼ C-TiO2-2; ◆ C-TiO2-4; ? C-TiO2-6; ● P25; ■ no catalyst.

参考文献 25

[1]	Jiang Z., Yang F., Luo N.J., Chu B. T. T., Sun D. Y., Shi H. H., Xiao T. C., Edwards P. P.,Chem. Commun., 2008, (47), 6372—6374
[2]	Bangkedphol S., Keenan H. E., Davidson C. M., Sakultantimetha A., Sirisaksoontorn W., Songsasen A., J. Hazard. Mater., 2010, 184(1—3), 533—537
[3]	Yang G. D., Jiang Z., Shi H. H., Xiao T. C., Yan Z. F., J. Mater. Chem., 2010, 20(25), 5301—5309
[4]	Wu D. Y., Long M. C., Cai W. M., Chen C., Wu Y. H., J. Alloys Compd., 2010, 502(2), 289—294
[5]	Chen X. Y., Lu D. F., Lin S. F., Chin. J. Catal., 2012, 33(6), 993—999
	(陈孝云, 陆东芳, 林淑芳.催化学报, 2012,33(6), 993—999)
[6]	Ohno T., Murakami N., Curr. Org. Chem., 2010, 14(7), 699—708
[7]	Liu H. Y., Gao L., J. Inorg. Mater., 2005, 20(2), 470—474
[8]	Yu C. L., Zhou W. Q., Yang K., Rong G., J. Mater. Sci., 2010, 45(21), 5756—5761
[9]	Zhou J. K., Lv L., Yu J. Q., Li H. L., Guo P. Z., Sun H., Zhao H. S., J. Phys. Chem. C, 2008, 112(14), 5316—5321
[10]	Xu J. J., Ao Y. H., Fu D. G., Yuan C. W., Appl. Surf. Sci., 2008, 254(10), 3033—3038
[11]	Dong F., Guo S., Wang H., Li X. F., Wu Z. B., J. Phys. Chem. C, 2011, 115(27), 13285—13292
[12]	Sakthivel S., Kisch H., Angew. Chem. Int. Ed., 2003, 42(40), 4908—4911
[13]	Irie H., Watanabe Y., Hashimoto K., Chem. Lett., 2003, 32(8), 772—773
[14]	Khan S. U. M., Al-Shahry M., Ingler W. B., Science, 2002, 297(5590), 2243—2245
[15]	Zhu Z. F., He Z. L., Li J. Q., Wei N., Guo L. Y., J. Funct. Mater., 2010, 41(9), 1639—1642
	(朱振峰, 何作利, 李军奇, 魏娜, 郭丽英.功能材料, 2010,41(9), 1639—1642)
[16]	Zhang Y.J., Zhang S. J., Wang K. J., Ding F., Wu J.,J. Nanomater., 2013, doi: 10.1155/2013/294020
[17]	Xie J., Bian L., Yao L., Hao Y. J., Wei Y., Mater. Lett., 2013, 91, 213—216
[18]	Cheng Y. C., Guo J. J., Liu X. H., Sun A. H., Xu G. J., Cui P., J. Mater. Chem., 2011, 21(13), 5051—5056
[19]	Neville E. M., Mattle M. J., Loughrey D., Rajesh B., Rahman M., MacElroy J. M. D., Sullivan J. A., Thampi K. R., J. Phys. Chem. C, 2012, 116(31), 16511—16521
[20]	Yu J. G., Li Q., Liu S. W., Jaroniec M., Chem. Eur. J., 2013, 19(7), 2433—2441
[21]	Wu X. Y., Yin S., Dong Q., Guo C. S., Li H. H., Kimura T., Sato T., Appl. Catal. B: Environ., 2013, 142/143, 450—457
[22]	Gu D.E., Lu Y., Yang B. C., Hu Y. D.,Chem. Commun., 2008, (21), 2453—2455
[23]	Wang H. Q., Wu Z. B., Liu Y., J. Phys. Chem. C, 2009, 113(30), 13317—13324
[24]	Li Y. Z., Hwang D. S., Lee N. H., Kim S. J., Chem. Phys. Lett., 2005, 404(1—3), 25—29
[25]	Ren W. J., Ai Z. H., Jia F. L., Zhang L. Z., Fan X. X., Zou Z. G., Appl. Catal. B: Environ., 2007, 69(3/4), 138—144

一步溶剂热法合成C掺杂介孔TiO₂可见光光催化材料

Synthesis of Carbon-doped Mesoporous TiO₂ Visible-light Photocatalytic Materials via One Pot Solvothermal Method^†

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[1]	郭程, 张威, 唐云. 有序介孔材料: 历史、现状与发展趋势[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220167.
[2]	佘沛鸿, 徐文洲, 关卜源. 大孔道介孔氧化硅/碳基纳米材料的设计合成与应用[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(3): 671.
[3]	孙琳, 张涵, 杜一平. 基于SBA-15的表面增强拉曼基底的制备及对鸡肉和鸡饲料中恩诺沙星的检测[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(3): 455.
[4]	孙兵, 蒋尚, 王润伟, 倪玲, 裘式纶, 张宗弢. 高性能钛酸锂/还原氧化石墨烯复合负极材料的合成与应用[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(12): 2767.
[5]	徐倩, 董朝阳, 石国亮, 潘大海, 于峰, 陈树伟, 李瑞丰. 高水热稳定有序介孔Al-SBA-15材料的优化合成及表征[J]. 高等学校化学学报, 2015, 36(12): 2355.
[6]	徐鹏, 李佑稷, 刘晨, 李铭, 邓瑞成. 钒掺杂介孔二氧化钛的制备及可见光催化性能[J]. 高等学校化学学报, 2014, 35(9): 1954.
[7]	张玲娜, 陶金慧, 纪开吉, 岳群峰. 碳/碳化铁复合介孔材料的合成及储氢性能[J]. 高等学校化学学报, 2014, 35(6): 1318.
[8]	牟鸣薇, 彭策, 王颂, 金春阳, 曹献英, 蔡强. 二元阴阳离子表面活性剂法合成介孔氧化硅囊泡[J]. 高等学校化学学报, 2013, 34(6): 1309.
[9]	胡燚, 杨姣, 唐苏苏, 初旭明, 邹彬, 黄和. Burkholderia Cepacia脂肪酶在氨基功能化离子液体修饰的SBA-15上的共价固定[J]. 高等学校化学学报, 2013, 34(5): 1195.
[10]	刘福建, 韩冰, 曹洋, 邹永存, 孟祥举, 肖丰收. 高温水热合成具有超低介电常数的规则介孔氧化硅材料[J]. 高等学校化学学报, 2012, 33(09): 1908.
[11]	姜艳秋林凯峰刘洁孙建敏许宪祝肖丰收. 双杂原子介孔材料的合成及催化应用[J]. 高等学校化学学报, 2011, 32(6): 1334.
[12]	南海明齐娟娟蔡强孙乾耀徐春明李恒德. 硬模板法高温水热合成微孔-介孔二氧化硅及掺铝介孔二氧化硅[J]. 高等学校化学学报, 2011, 32(3): 613.
[13]	魏昊韩路石琳屠波赵东元. 单分散核-壳结构介孔二氧化硅微球的合成[J]. 高等学校化学学报, 2011, 32(3): 503.
[14]	黄建林, 杨旭石, 王梅桃, 李和兴, 张昉. 周期有序介孔Rh(Ⅰ)有机金属催化剂用于水介质Heck反应的研究[J]. 高等学校化学学报, 2010, 31(6): 1195.
[15]	陈敏敏, 邹永存, 孟云君, 张琪, 张卓琦, 曹希传. AMS-8-NH₂的合成及其对ODN的负载释放[J]. 高等学校化学学报, 2010, 31(4): 649.