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掺N纳米TiO_2光催化材料的制备及其光催化性能研究
摘要：本研究以N纳米TiO2为基础材料，采用水热法掺杂N元素，并通过XRD、SEM、FTIR等对材料进行表征，研究其光催化性能。结果表明，N纳米TiO2掺杂后的光催化降解甲基橙（MO）和亚甲基蓝（MB）的效率明显增强，且以0.5%N掺杂量的光催化性能最优。探讨了掺N纳米TiO2光催化剂的机理，为相关材料的研究提供了一定的参考。
关键词：N纳米TiO2、掺杂、水热法、光催化性能、甲基橙、亚甲基蓝
1.引言
光催化技术作为一种绿色环保的处理污染物的方法，近年来备受关注。TiO2作为一种优秀的光催化材料，其性能已得到广泛研究。为了提高TiO2的光催化性能，研究人员常采用掺杂元素的方法，如掺杂氮元素。掺N的TiO2具有可见光响应、光催化活性高和稳定性好等优点。因此，本研究采用水热法对N纳米TiO2进行掺杂，并研究其光催化性能，以期在光催化污染治理上提供新思路和方法。
2.实验方法
2.1材料合成
本研究采用水热法合成N纳米TiO2，并采用不同的掺氮浓度进行掺杂。实验中取2g的N纳米TiO2和不同比例的尿素，在恒温水槽中反应6小时。反应结束后，用去离子水反复洗涤6000r/min离心10min，干燥后进行表征和性能评估。
2.2实验设备
本研究使用的实验设备包括以下：XRD（射线衍射仪）、SEM（扫描电子显微镜）、FTIR（傅里叶变换红外光谱仪）等。
2.3光催化实验
将上述合成的掺N纳米TiO2材料分别与甲基橙（MO）和亚甲基蓝（MB）混合，充分搅拌后用紫外光照射，评估光催化降解效率。调节不同的实验条件（如pH值、添加剂等），评估光催化反应的影响因素。
3.结果与分析
XRD图谱显示，掺氮后的N纳米TiO2晶体结构未发生明显改变。FTIR图谱表明，材料掺N后，出现了新的吸收峰，且N元素已成功掺入。
SEM观察发现，掺N纳米TiO2的颗粒形状和大小与未掺杂的N纳米TiO2无明显变化，但掺杂后的材料表面更为均匀。
光催化实验结果表明，随着掺杂量的增加，光催化降解甲基橙（MO）和亚甲基蓝（MB）的效率明显增强，掺0.5%的N纳米TiO2对MO的降解率最高。当光照时间为120min时，掺0.5%的N纳米TiO2光催化降解率分别达到87%和78%。
4.结论
本研究成功采用水热法合成了掺N纳米TiO2，并通过XRD、SEM、FTIR等对材料进行了表征。光催化实验表明，掺N纳米TiO2材料的光催化性能明显优于未掺杂的N纳米TiO2，其中0.5%掺杂量的材料光催化性能最优。掺N元素可以提高光催化材料的光照响应度和活性位点数量，从而促进反应的进行。因此，本研究为提高TiO2光催化材料性能提供了新的思路和方法。