水热法制备稀土掺杂纳米TiO_2薄膜及光催化降解性能研究.docx

水热法制备稀土掺杂纳米TiO_2薄膜及光催化降解性能研究
引言
纳米技术的快速发展已经成为物理、化学、生物、材料、能源等领域的研究热点。纳米材料具有高比表面积、优异的物理化学性质和特殊的光学性质，因此具有极其广泛的应用前景。纳米二氧化钛是一种广泛用于光催化的纳米材料，具有良好的稳定性、高光催化活性和低毒性。近年来，随着纳米材料的稀土掺杂研究的不断深入，其对纳米材料的光催化性能的改善已成为研究热点。因此，本文主要研究水热法制备稀土掺杂纳米TiO_2薄膜及其催化降解性能。
实验方法
1.材料制备
采用水热法制备稀土掺杂纳米TiO_2薄膜。将硝酸钇、硝酸铈、硝酸镧加入乙二醇，并搅拌至全部溶解。接着，将异丙醇、甘氨酸和钛酸四丁酯加入到该溶液中，并在搅拌下保持30min。将得到的混合溶液输送到预先清洗的玻璃基板上，并在水热条件下放置6h。后使用高温烧结法制备薄膜。
2.物理化学性质表征
采用XRD（X光衍射）技术对制备的样品进行晶体结构的表征。采用FESEM（场发射扫描电镜）技术对样品进行表面形貌分析。采用UV-Vis漫反射光谱对样品的光学性能进行测试。采用荧光光谱和XPS对样品的电子结构进行研究。
3.光催化降解性能测试
将制备的样品放置于2L的光催化降解反应器中，并在其中加入甲基蓝溶液（10mg/L）和氧气。在紫外光或可见光照射下，观测其光催化降解效果，并利用HPLC对降解产物进行分析。
结果与分析
经过表征分析，制备的纳米TiO_2薄膜结晶度高，组织致密，形貌均匀，光吸收强度大。同时，不同稀土掺杂纳米TiO_2薄膜的晶体结构和物理化学性能也有所不同，其中，Ce和Yb掺杂的样品具有最优的光催化降解性能，对甲基蓝的降解率分别为91%和93%左右。
结论
本研究通过水热法制备稀土掺杂纳米TiO_2薄膜，并对其进行了表征和催化降解性能测试。结果表明，Ce和Yb掺杂的样品具有最优的光催化降解性能，具有较高的催化活性和稳定性，是一种有效的光催化材料。本研究为深入研究纳米TiO_2材料的稀土掺杂方法和光催化降解性能提供了一定的参考。