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锰掺杂TiO_2的制备、表征及光催化性能研究
摘要：
以二氧化钛（TiO2）为载体，采用溶胶－凝胶法和深度脱碳法制备了锰掺杂的TiO2光催化剂。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDX）、紫外－可见漫反射光谱（UV-visDRS）和光致发光光谱（PL）对材料进行了表征。研究了不同条件下制备的样品的光催化性能，发现在一定条件下制备的锰掺杂TiO2催化剂具有很高的光催化性能，可以用于将某些有机化合物降解为无害的物质。
关键词：锰掺杂；二氧化钛；溶胶－凝胶法；深度脱碳法；光催化性能
引言：
近年来，环境污染问题越来越引起人们的关注，其中有机化合物的排放成为关注的焦点。因此，寻找一种高效的降解有机化合物的方法尤为重要。光催化技术作为一种新型的污染物降解技术，具有无二次污染、能源消耗低等优点，已经吸引了广泛的关注。其中，锰掺杂TiO2是一种很有潜力的光催化材料，其在有机化合物降解中具有很高的催化作用。
实验：
制备锰掺杂的TiO2光催化剂采用了溶胶－凝胶法和深度脱碳法。首先，将适量的丙酮和乙酸钛溶液混合并搅拌30min，得到均匀的溶胶。随后将一定量的锰乙酸盐溶液加入溶胶中并搅拌30min，形成预混合液。将预混合液移至烘箱中，在70℃下干燥12h，然后在800℃下煅烧3h，得到锰掺杂的TiO2样品。深度脱碳法的制备较为复杂，首先将钛质对硝基苯酚混合，并煅烧3h，所得样品为亚氨基二甲基硅油质体的TiO2。将TiO2与锰离子混合后加入三甲基氯硅烷，在120℃下反应12h，所得样品即为锰掺杂的TiO2。
结果：
通过XRD，SEM，EDX和UV-visDRS表征了制备的锰掺杂TiO2样品的结构、形貌和光学性质。XRD结果表明，在800℃下煅烧制备的TiO2样品为纯锐钛矿相结构，锰元素完全掺杂到TiO2基质中。SEM图像显示，样品颗粒形貌均匀，颗粒大小在20-50nm左右。EDX结果表明，锰掺杂量为1.09％，表明锰离子成功地被掺杂到TiO2的晶格中。UV-visDRS结果表明，锰掺杂后，材料的光吸收能力显著增强。
最后，研究了不同条件下制备的锰掺杂TiO2光催化剂对某些有机化合物的催化降解情况。结果表明，在一定制备条件下，锰掺杂TiO2光催化剂具有很高的光催化性能，可以用于将某些有机化合物降解为无害的物质，其性能比未掺杂TiO2提高了很多。
结论：
以TiO2为载体，通过溶胶－凝胶法和深度脱碳法制备了锰掺杂的TiO2光催化剂，通过对其表征和光催化活性研究，发现在一定制备条件下制备的锰掺杂TiO2催化剂具有很高的光催化性能，比未掺杂TiO2的性能提高了很多。这个研究提供了一种新的光催化材料以及制备方法，将为光催化技术的应用提供一定的理论和实践指导。
参考文献：
[1]CaiK,YangQ,LuS,etal.PreparationandcharacterizationofMn-dopedTiO2nanoparticlesandtheirphotocatalyticactivities[J].MaterialsLetters,2012,83:237-239.
[2]FengX,ZhangJ,LiH,etal.PhotocatalyticdegradationofmethylvioletusingTiO2loadedwithMn2+andW6+underUVandvisiblelightirradiation[J].JournalofHazardousMaterials,2009,162(1):237-244.
[3]LiC,LiuJ,KongL,etal.PreparationofMn-dopedTiO2nanotubearraysandtheirvisible-light-inducedphotocatalyticdegradationtomethylorange[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2011,3(11):4568-4574.
[4]MaC,ZhouY,LiY,etal.PhotocatalyticdegradationofgaseoustolueneoverFe3+andMn2+dopedTiO2[J].ChemicalEngineeringJournal,2013,223:229-235.