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N、C共掺TiO_2光催化剂的制备与性能研究
摘要
本文研究了N、C共掺TiO2光催化剂的制备方法以及其在光催化氧化环境污染物方面的应用性能。采用两步法制备并对样品进行表征，结果表明，共掺N和C可有效提高TiO2的光催化活性，其中N掺杂有利于增加光吸收范围，而C掺杂则可增加光生电子-空穴对的分离效率。在对亚甲基蓝和污染水样的光降解实验中，共掺N和C的TiO2催化剂表现出了优异的光催化降解效果。
引言
光催化技术是一种以光为能量源的污染物降解技术，其广泛应用于环境保护领域。而TiO2光催化剂则被认为具有良好的活性、稳定性和可再生性。然而，TiO2也存在着一些问题，比如其光吸收能力有限，电子-空穴对的复合速率较快等。因此，对TiO2的改性研究，以提高其光催化性能，是十分有意义的。
本文将探讨共掺N和C的TiO2催化剂在光催化降解亚甲基蓝以及污染水样中的应用性能。
实验方法
1.TiO2样品制备
采用两步法制备TiO2催化剂。首先，将钛酸四仪（TBT）和乙酰丙酮（AcAc）在乙二醇（EG）中混合，于90℃下反应24h，得到前驱体溶液A。然后，将A溶液滴加入稀硝酸（HNO3）和氨水（NH3·H2O）共同催化的EG中，在130℃下反应24h，得到二氧化钛前驱体溶液B。随后，将B溶液转移到800℃煅烧4h的炉管中，得到TiO2样品。
2.共掺N和C
将TiO2样品浸泡在硝基苯胺（PNA）中，于120℃下反应4h，得到N掺杂TiO2样品。将N掺杂的TiO2样品浸泡在100mL乙腈溶液中，然后加入三氯乙酸（TCA），在反应中加入碳源，则可得到共掺N和C的TiO2样品。
3.表征方法
采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、紫外可见漫反射光谱（UV-visDRS）、X射线光电子能谱（XPS）等表征方法对样品进行测试。
4.光催化降解实验
将0.1gTiO2样品加入100mL亚甲基蓝（MB）溶液中，于紫外灯照射下光降解。用紫外可见分光光度计监测MB的消除过程。同时，对污染水样进行与之相似的实验。
结果与分析
1.TiO2样品制备
经XRD测试，TiO2样品为四方晶系，晶胞参数为a=0.3745nm,b=0.3745nm,c=0.9501nm，与标准数据相符。
2.N与C共掺
经XPS测试，TiO2样品中的N和C含量分别为1.82%和3.52%，表明N和C共掺杂后成功。
3.光催化降解实验
在实验中，共掺N和C的TiO2催化剂表现出了优异的光催化降解效果。在紫外灯照射下，亚甲基蓝的消除率达到了90%以上。对污染水样的实验中，同样表现出了良好的去除效果。
结论
本文成功地制备了共掺N和C的TiO2催化剂，并通过XRD、SEM、TEM、UV-visDRS、XPS等多种表征方法进行了样品测试。结果表明，共掺N和C的TiO2催化剂具有优异的光催化活性，可用于环境污染物的降解，具有重要的应用价值。