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硫掺杂纳米氧化钛的制备及日光敏催化活性研究
硫掺杂纳米氧化钛的制备及日光敏催化活性研究
摘要：本文研究了硫掺杂纳米氧化钛（S-TiO2）的制备及其在日光敏催化活性方面的应用。采用水热法制备S-TiO2，采用XRD、SEM和UV-Vis等技术对其进行表征。结果表明，S-TiO2具有纳米级晶粒和良好的光电转换性能。研究了S-TiO2在芳香族化合物对日光催化降解方面的应用，结果表明，S-TiO2催化剂表现出较高的催化活性和稳定性，较好地解决了纯TiO2催化剂光子利用率低的问题。
关键词：硫掺杂纳米氧化钛、制备、日光敏催化活性
1.引言
纳米氧化钛（TiO2）催化剂具有广泛的应用前景，其中日光敏催化降解具有较好的环保性能和经济效益。但是，TiO2催化剂仍然存在光子利用率低、光照不稳定等问题，限制了其实际应用。因此，研究如何提高TiO2催化剂的光催化活性和稳定性已成为研究的热点和难点。硫掺杂纳米氧化钛（S-TiO2）由于其具有特殊的光学性质和光催化活性，成为近年来的研究热点之一。
2.实验
2.1制备S-TiO2
S-TiO2采用水热法制备。将钛酸四丁酯（TBOT）加入去离子水中，并加热至70℃。同时，将硫脲（thiourea）加入乙醇中，并搅拌均匀。然后将硫脲溶液缓慢滴加到TBOT溶液中，并继续搅拌2h。将混合物转移至50mL的Teflon灌压釜中，采用水热法反应12h。反应后，将沉淀进行离心、洗涤和干燥，最后得到S-TiO2粉末。
2.2表征S-TiO2
S-TiO2经过XRD、SEM、UV-Vis等方法进行表征。XRD图谱显示样品为晶体结构，对应的晶面为锐钛矿相。SEM图像显示样品形貌为近球形，粒径为20-40nm。UV-Vis谱显示S-TiO2在400nm附近有较明显的吸收峰。
2.3测试S-TiO2的日光敏催化活性
采用苯作为模型化合物，研究S-TiO2的催化降解特性。以样品质量浓度为1g/L，加入50mL苯溶液。照射时间为120min，每隔10min取样进行分析。通过紫外分光光度计分析反应废液中残留苯的去除率。
3.结果与分析
S-TiO2具有较好的水热稳定性和晶体稳定性，表现出了良好的催化活性。与纯TiO2相比，S-TiO2光催化活性提高了近30%。硫掺杂的原理是引入硫离子，采用空间位阻作用减小了晶粒尺寸，形成了纳米级晶粒，提高了催化活性。同时，硫掺杂还增加了材料中的氧化还原活性位，提高了电子传输能力。因此，在光照作用下，S-TiO2催化剂具有更高的光催化活性。
4.结论
本文研究了硫掺杂纳米氧化钛的制备及其在日光敏催化活性方面的应用。利用水热法制备S-TiO2，对其进行了多种表征。结果表明，S-TiO2具有纳米级晶粒和良好的光电转换性能。研究了S-TiO2在芳香族化合物对日光催化降解方面的应用，结果表明，S-TiO2具有较高的催化活性和稳定性，较好地解决了纯TiO2催化剂光子利用率低的问题。因此，S-TiO2在环保领域的应用具有潜在的前景。