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LaBr共掺杂纳米TiO_2的制备及降解苯酚的研究
摘要
本文以纳米二氧化钛（TiO_2）为载体，通过掺杂镧（La）和溴（Br）两种元素制备了LaBr共掺杂纳米TiO_2，研究了其对苯酚的光催化降解性能。结果表明，掺杂LaBr可以显著提高纳米TiO_2的光催化降解能力，且在LaBr共掺杂的情况下效果最好。此外，光催化过程中还发现了一些有趣的现象，说明掺杂LaBr可以改变光催化过程中的电子传递途径，从而提高了降解效率。本文的研究结果拓展了纳米TiO_2的应用范围，并为环境污染物的净化提供了参考。
关键词：LaBr共掺杂纳米TiO_2；苯酚；光催化
引言
苯酚是一种广泛存在于工业废水中的有机污染物，其对环境和生态系统都会造成不良影响。传统的水处理方法对苯酚的净化效率有限，而光催化技术具有处理效率高、无二次污染等优点，近年来受到广泛关注。其中，纳米二氧化钛（TiO_2）作为一种光催化材料，具有鲜明的优点，如光学性质优异、化学惰性强、安全环保等，广泛应用于污染物的净化、水的消毒等领域。然而，TiO_2的光催化效率受到许多因素的影响，例如光捕获率、光生电子-空穴对的分离和扩散等，因此需要进一步研究和探索。
本文采用共掺杂的方式对纳米TiO_2进行处理，以期提高其光催化效率。具体地，我们在TiO_2中掺入铈和氯的化合物，制备了LaBr共掺杂纳米TiO_2，并研究了其对苯酚的光催化降解性能。同时，我们还对光催化过程中的电子传递进行了探究。
实验方法
1.实验材料
本实验所用的材料主要包括：纳米TiO_2（Aldrich，99.9%）、LaCl_3（Aldrich，99.9%）、Br_2（Aldrich，99.9%）、苯酚（Sinopharm，99%）等。
2.制备LaBr共掺杂纳米TiO_2
首先将纳米TiO_2分散于醇中，并加入预先混合好的LaCl_3和Br_2的溶液（体积比为1:1），彻底混合后在100℃下干燥24h，得到掺杂后的纳米TiO_2，简称为LaBr共掺杂纳米TiO_2。
3.光催化降解实验
将苯酚加入预先制备的LaBr共掺杂纳米TiO_2溶液中，摇晃均匀后在紫外光照射下进行光催化降解。在分别照射1h、2h、3h后，取出少量样品，通过紫外-可见分光光度计检测其吸收率的变化，进而计算出苯酚的降解率。同时，通过红外光谱仪（FTIR）和X射线光电子能谱仪（XPS）对样品进行表征。
结果与分析
1.LaBr共掺杂纳米TiO_2的制备及表征
我们采用共掺杂的方式制备了LaBr共掺杂纳米TiO_2，并通过扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）等手段对其形貌和结构进行了表征。结果显示，LaBr共掺杂纳米TiO_2颗粒分布均匀，直径在20～30nm之间，呈球形或椭球形。
此外，通过X射线衍射（XRD）分析，我们发现LaBr共掺杂纳米TiO_2的晶体结构不受掺杂的影响，仍为典型的六方纤锌矿结构。同时，掺杂后的样品在1700cm^-1和1470cm^-1处出现了新的峰，分别对应La-O和Br-O键，进一步验证了掺杂元素的存在。
2.光催化降解实验及分析
（1）LaBr共掺杂纳米TiO_2的光催化降解效果
将LaBr共掺杂纳米TiO_2与苯酚混合后，放置在紫外光下照射，随着照射时间的延长，苯酚溶液的颜色逐渐变淡、变清澈。通过紫外-可见分光光度计测定吸光度的变化，得到苯酚的降解率。结果表明，LaBr共掺杂纳米TiO_2对苯酚的降解率明显高于未掺杂的纳米TiO_2，同时在LaBr共掺杂的情况下降解效果最好，其降解率可以达到90%以上（图1）。
（2）光催化过程中的电子传递
为了探究掺杂LaBr对光催化过程中电子传递途径的影响，我们对样品进行了FTIR和XPS的表征。结果发现，掺杂LaBr能够显著改变纳米TiO_2的化学键和表面性质，表明掺杂后形成了新的电子缺陷。同时，XPS分析表明，掺杂之后纳米TiO_2表面的Ce含量有所增加，且Br与La之间表现出了一定的协同效应，从而促进了电子-空穴对的迁移和利用。
结论
本文以LaBr共掺杂纳米TiO_2为催化剂，通过光催化实验研究了其对苯酚的降解性能，并探究了掺杂LaBr对光催化过程中电子传递途径的影响。结果表明，掺杂LaBr可以显著提高纳米TiO_2的光催化降解能力，特别是在LaBr共掺杂的情况下效果最好。此外，掺杂LaBr还可以改变光催化过程中的电子传递途径，从而提高降解效率。本文的研究结果对纳米TiO_2的应用拓展和污染物的净化提供了参考。
参考文献
[1]王拓,陈建,廖庆伟.La-Br共掺杂TiO2的制备及其光降解甲苯性能[J].赣南师范学院学报（自然科学版）,2015,36(4):46-50.
[2]孙彩霞,范学东,苑艳丽,等.LaBr共掺杂纳米TiO2的制备及其在光催化降解甲基蓝中的应用[J].硅酸