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Cu-TiO2/SBA-15光催化剂的制备及光催化性能
郭美玲12赵婷婷12付文婷3邵艳秋*
（1、牡丹江师范学院化学化工学院，黑龙江牡丹江1570112、黑龙江省新炭-基功能与超硬材料重点实验室，黑龙江牡丹江157011
3、北京理工大学化学学院，北京102488)
要：以钛酸四正丁酯(TB)为钛源)和基改性的SBA-15(COOH/SBA-15)及氯化钢经过溶剂热及熔烧处理制得Cu-TiO,/SBA-15 摘
光催化剂。并采用X射线衍射(XRD)和N吸附脱附等对其进行了表征。以降解罗丹明B的实验研究了催化剂的光催化氧化性能。结果表明：少量钢高子掺杂对二氧化钛的结构无影响，且能显著提高催化剂的光催化性能。
关键词：光催化;Cu-TiO,/SBA-15；实验
锐钛矿TO，的禁带宽度较宽(32eV,只能被波长较短的紫外光激发这样使得太阳能的利用率很低。此外，由于光激发产生的电子与空穴的复合，导致光量子效率很低。为了克服这些缺点近年来金属离子修饰TiO，是提高其光催化活性的一条很好的途径，成为目前光催化技术的研究热点。本文将TiO2负载在介孔SiO,材料制得负载型 TiO/SBA-15光催化剂，并用不同浓度的铜离子对TiO2进行掺杂改性。最后对所制得的铜掺杂COOH/SBA-15光催化剂的催化活性进行评价。利用COOH/SBA-15与铁酸四正丁酯(TB)并混入一定量的氧化铜标准溶液经过溶剂热处理和高温熔烧得到Cu-TiO,SBA-15光
催化剂。采用XRD和N，吸附脱附进行表征并以降解RhB的实验考察Cu-TiO,/SBA-15的光催化性能。
1实验
1.1催化剂的制备及表征
将2.0gP123加人到60mL20mol-L*的HCI溶液中,40°C恒温搅拌至P123完全溶解后缓慢加入2-氰基乙基三乙氧基硅烷(CETES)继续搅拌30min后加人正硅酸乙酯(TEOS)于40℃恒温搅拌 24h后移人特弗隆自压釜，在100°C烘箱中老化36h,所得产物经过滤、水洗和醇洗（无水乙醇）后于60℃干燥得到氰基官能化SBA-15(CN/SBA15),所得的 CN/SBA15加入到 150ml H,SO,溶液中,95℃ 恒温搅拌24h，过滤、水洗,80℃干燥即得到CO0H/SBA-15。将 COOH/SBA-15，氯化铜和钛酸四正丁酯(TB分散于25mL无水乙醇
中，搅拌30min后转移至聚四氟乙烯自压釜中，于220℃下溶剂热处理 12h所得到的产物经无水乙醇洗涤三次后60℃于燥。最后在550℃下焙烧5h得到Cu＊+摩尔含量为025al%，05al%、1.0al%、1.5at% Cu-Ti02/SBA-15光催化剂。样品的X射线粉末衔射(XRD)分析在 D/max-2200/PC型X射线衍射仪上进行。样品的比表面积和径分析在 3H-2000型比表面及孔径分析仪上进行，样品在真空条件下于200℃预脱气3h后，在77.3K下测定样品的N，吸附-脱附等温线由BET方程计算样品的比表面积用等温线脱附分支以BJH方法计算孔径分布曲线
12光催化剂催化活性的评价
在光催化降解实验中，将5mgTi0/SBA-15催化剂置于50ml的 1×10-mol/L罗丹明B溶液以450自镇流高压汞灯作为光源在搅拌下对反应进行光照.每隔10min取样，用紫外-可见分光光度计测定溶液的初始吸光度A。和降解后的吸光度A，
2结果与讨论
2.1光催化剂的晶型
从图1不同Cu*掺杂样品的小角XRD图，可以看出在0.4°-3°之间有三个明显的特征衍射峰，是典型的SBA-15二维六方结构的晶面衍射峰。随着铜的激杂量的增加门00的衍射峰依然会出现但峰强度会有所改变。由此可见掺杂Cu后对SBA-15的介孔结构没有很明显的影响。图2为不同含量的Cu+掺杂样品的广角XRD图在20°-70°之间五个衍射峰.分别是锐钛矿晶面的衍射峰.说明Cu-TiO/SBA-15光催化剂表面的TiO,颗粒为锐钛矿晶型。在XRD的图谱中没有出现关于CuO的特
二氧化钛中。
22N,吸附-脱附分析
图3给出了0.5%Cu-Ti0,/SBA-15的氨气吸附-脱附等温线。从
图1Cu-TiO/SBA15
的小角XRD
图 30.5%CuTiO,/SBA15 的氮气吸附-脱附等温线
图 2 Cu-TiO,/SBA15
的广角XRD
图 4 Cu-TiO,/SBA15
的催化效率
图中可以发现样品呈现出典型的IV型曲线，并且伴随着明显的滞后环，说明掺杂Cu+后分子筛SBA-15的孔道结构没有被破坏样品的平均孔径为8.39nm
23光催化剂的催化效率
图4给出了不同Ca*掺杂样品的催化活性曲线。催化剂的光催化活性随着Cu*掺杂量的变化呈现出最佳值(05%)。由于Cu+和Ti+半径相近,Cu*进人TiO晶格中取代T*Cau*杂质能级形成了捕获阱，捕获光生载流子从而降低了光生电子-空穴的复合几率提高了二氧化钛的光催化性能,而所形成捕获阱的数量取决于铜掺杂量。当铜掺杂量在合适范围内0%一05%铜热杂催化剂的催化性能随者铜浓度的增加而提高当铜量
超过最佳值（05%）后，反而导致二氧化钛的催化性能降低。 3结论
利用COOH/SBA-15表面上高分散的羧基与钛酸四正丁酯(TB)的配合作用将TB锚定.并混人氧化铜通过溶剂热处理及焙烧成功地制备出了不同掺杂量的Cu-TiO,/SBA-15。XRD和N，吸附脱附表明掺杂少量 Cu对二氧化钛晶体及SBA-15结构没有影响。在紫外光降解罗丹明B(RhB实验中考察了铜掺杂量对催化行能的影响。实验结果表明适量铜掺杂能够显著地改善二氧化钛光催化剂的催化性能。
参考文献
[1] Anpo,M,Yamashita,H;lchihashi,Y,;Ehara,S.Photo catalytic reduction of CO with H2O on various titanium oxide catalystsJjJournal of Electro-analytieal Chemistry.1995.396.2126.
[2]张立稳,年季美.纳米材料和纳米结构[M}北京：科学出版社,2001,135
[3] Ikuma Y,Bessho HEffect of Pt concentration on the production of hydrogen by a TiO2 photocatalyst [J]Int. J Hydrogen Energy,2007,32: 2689-2692
基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究资助项目（11551510)壮丹江师范学院超硬材料重点实验室开放课题资助项日（201401)；牡丹江师范学院校级教改立项重点项目（12-XJ14027)；黑龙江省自然科学学基金项目（E201341)。
通讯作者：部艳秋（1969-），女，投投，主要从事多相催化材料研究。