离子液体-水混合介质中合成N、F共掺杂宽光域响应多孔TiO2光催化剂及性能

陈孝云 陆东芳 黄锦锋 卢燕凤 郑建强

引用本文: 陈孝云, 陆东芳, 黄锦锋, 卢燕凤, 郑建强. 离子液体-水混合介质中合成N、F共掺杂宽光域响应多孔TiO2光催化剂及性能[J]. 物理化学学报, 2012, 28(01): 161-169. doi: 10.3866/PKU.WHXB201228161 shu
Citation:  CHEN Xiao-Yun, LU Dong-Fang, HUANG Jin-Feng, LU Yan-Feng, ZHENG Jian-Qiang. Preparation and Properties of N-F Co-Doped TiO2 Photocatalyst with Wide Range Light Response and Multipore Structure from Ionic Liquid-Water Mixture Solvent[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2012, 28(01): 161-169. doi: 10.3866/PKU.WHXB201228161 shu

离子液体-水混合介质中合成N、F共掺杂宽光域响应多孔TiO2光催化剂及性能

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(31000269) (31000269)

    福建省高等学校杰出青年科研人才培育计划(JA11072) (JA11072)

    福建省教育厅基金(JA10121)资助项目 (JA10121)

摘要: 以TiCl4为钛源, 离子液体-水为混合溶剂, 采用液相水解-沉淀法制得浅黄色的N、F共掺杂宽光域响应多孔TiO2光催化剂(TiONF). 以苯酚为模型物, 考察了TiONF在紫外光区、可见光区及太阳光下催化活性. 采用X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱及低温N2吸附-脱附等技术对TiONF的结构进行表征. 结果表明, 在离子液体-水混合介质中合成适量N、F共掺杂的TiO2在紫外光区、可见光区及太阳光下均表现出较高的活性, 且高于纯水介质中合成TiONF的活性. 离子液体-水混合介质有利于N、F进入TiO2晶格中; N、F共掺杂后在TiO2表面生成Ti―O―N键, 形成新的能级结构, 使催化剂的吸收红移至450-530 nm, 诱发TiO2可见光催化活性; 同时, N、F共掺杂提高了TiO2表面羟基数量; 还提高了TiO2相转变温度, 减缓了相转变速率. 另外, 在离子液体-水混合介质中合成的TiONF较纯水介质中合成的TiONF粒子小、分散性好、比表面积大.

English

    1. [1]

      (1) Yu, J. G.; Zhou, M. H.; Cheng, B.; Zhao, X. J. J. Mol. Catal. A-Chem. 2006, 246 (1-2), 176.(1) Yu, J. G.; Zhou, M. H.; Cheng, B.; Zhao, X. J. J. Mol. Catal. A-Chem. 2006, 246 (1-2), 176.

    2. [2]

      (2) Wawrzyniak, B.; Morawski, A.W. Appl. Catal. B-Environ. 2005, 62 (1-2), 150.(2) Wawrzyniak, B.; Morawski, A.W. Appl. Catal. B-Environ. 2005, 62 (1-2), 150.

    3. [3]

      (3) Liu, S. X.; Chen, X. Y.; Chen, X. Chin. Chem. Lett. 2006, 17(3) Liu, S. X.; Chen, X. Y.; Chen, X. Chin. Chem. Lett. 2006, 17

    4. [4]

      (4) Mori, K.; Maki, K.; Kawasaki, S.; Yuan, S.; Yamashita, H. Chem. Eng. Sci. 2008, 63, 5066.  (4) Mori, K.; Maki, K.; Kawasaki, S.; Yuan, S.; Yamashita, H. Chem. Eng. Sci. 2008, 63, 5066.  

    5. [5]

      (4) Mori, K.; Maki, K.; Kawasaki, S.; Yuan, S.; Yamashita, H. Chem. Eng. Sci. 2008, 63, 5066.(4) Mori, K.; Maki, K.; Kawasaki, S.; Yuan, S.; Yamashita, H. Chem. Eng. Sci. 2008, 63, 5066.

    6. [6]

      (5) Balek, V.; Li, D.; Subrt, J.; Vecerniková, E.; Hishitab, S.; Mitsuhashib, T.; Hanedab, H. J. Phys. Chem. Solid 2007, 68(5) Balek, V.; Li, D.; Subrt, J.; Vecerniková, E.; Hishitab, S.; Mitsuhashib, T.; Hanedab, H. J. Phys. Chem. Solid 2007, 68

    7. [7]

      (5-6), 770.(5-6), 770.

    8. [8]

      (7) Wu, Y. M.; Xing, M. Y.; Tian, B. Z.; Zhang, J. L.; Chen, F. Chem. Eng. J. 2010, 162, 710.  (7) Wu, Y. M.; Xing, M. Y.; Tian, B. Z.; Zhang, J. L.; Chen, F. Chem. Eng. J. 2010, 162, 710.  

    9. [9]

      (7) Wu, Y. M.; Xing, M. Y.; Tian, B. Z.; Zhang, J. L.; Chen, F. Chem. Eng. J. 2010, 162, 710.(7) Wu, Y. M.; Xing, M. Y.; Tian, B. Z.; Zhang, J. L.; Chen, F. Chem. Eng. J. 2010, 162, 710.

    10. [10]

      (8) Chen. P.; Gu, M. Y.; Jin, Y. P. Progress in Chemistry 2005, 17(8) Chen. P.; Gu, M. Y.; Jin, Y. P. Progress in Chemistry 2005, 17

    11. [11]

      (1), 8. [程萍, 顾明元, 金燕苹. 化学进展, 2005, 17 (1), 8.](1), 8. [程萍, 顾明元, 金燕苹. 化学进展, 2005, 17 (1), 8.]

    12. [12]

      (9) Tang, Y. C.; Huang, X. H.; Yu, H. Q.; Hu, C. Progress in Chemistry 2007, 19 (2-3), 225. [唐玉朝, 黄显怀, 俞汉青, 胡春. 化学进展, 2007, 19 (2-3), 225.](9) Tang, Y. C.; Huang, X. H.; Yu, H. Q.; Hu, C. Progress in Chemistry 2007, 19 (2-3), 225. [唐玉朝, 黄显怀, 俞汉青, 胡春. 化学进展, 2007, 19 (2-3), 225.]

    13. [13]

      (10) Lu,W. S.; Xiao, G. S.; Li, D. Z.; Fu, X. Z.;Wang, X. X. Chin. J. Inorg. Chem. 2005, 21 (10), 1495. [鲁文升, 肖光参, 李旦振, 付贤智, 王绪绪. 无机化学学报, 2005, 21 (10), 1495.](10) Lu,W. S.; Xiao, G. S.; Li, D. Z.; Fu, X. Z.;Wang, X. X. Chin. J. Inorg. Chem. 2005, 21 (10), 1495. [鲁文升, 肖光参, 李旦振, 付贤智, 王绪绪. 无机化学学报, 2005, 21 (10), 1495.]

    14. [14]

      (11) Ihara, T.; Miyoshi, M.; Iriyama, Y.; Matsumoto, O.; Sugihara, S. Appl. Catal. B 2003, 42 (4), 403.(11) Ihara, T.; Miyoshi, M.; Iriyama, Y.; Matsumoto, O.; Sugihara, S. Appl. Catal. B 2003, 42 (4), 403.

    15. [15]

      (12) O, Regan, B.; Graetzel, M. Nature 1991, 353 (6346), 737.(12) O, Regan, B.; Graetzel, M. Nature 1991, 353 (6346), 737.

    16. [16]

      (13) Nakamura, I.; Negishi, N.; Kutsuns, S.; Ihara, T.; Sugihara, S.; Takeuchi, K. J. Mol. Catal. A-Chem. 2000, 161 (1-2), 205.(13) Nakamura, I.; Negishi, N.; Kutsuns, S.; Ihara, T.; Sugihara, S.; Takeuchi, K. J. Mol. Catal. A-Chem. 2000, 161 (1-2), 205.

    17. [17]

      (14) Ashia, R.; Ohwaki, T.; Ohwak, K.; Aoki, K.; Taga, Y. Science 2001, 293 (5528), 269.(14) Ashia, R.; Ohwaki, T.; Ohwak, K.; Aoki, K.; Taga, Y. Science 2001, 293 (5528), 269.

    18. [18]

      (15) Hattori, A.; Tada, H. J. Sol-Gel. Sci. Technol. 2001, 22 (1-2), 47.(15) Hattori, A.; Tada, H. J. Sol-Gel. Sci. Technol. 2001, 22 (1-2), 47.

    19. [19]

      (17) Pelaez, M.; Cruz, A. A.; Stathatos, E.; Falaras, P.; Dionysiou, D. Catal. Today 2009, 144, 19.  (17) Pelaez, M.; Cruz, A. A.; Stathatos, E.; Falaras, P.; Dionysiou, D. Catal. Today 2009, 144, 19.  

    20. [20]

      (17) Pelaez, M.; Cruz, A. A.; Stathatos, E.; Falaras, P.; Dionysiou, D. Catal. Today 2009, 144, 19.(17) Pelaez, M.; Cruz, A. A.; Stathatos, E.; Falaras, P.; Dionysiou, D. Catal. Today 2009, 144, 19.

    21. [21]

      (18) Lee, S. H.; Yamasue, E.; Ishihara, K. N.; Okumura, H. Appl. Catal. B-Environ. 2010, 93 (3-4), 217.(18) Lee, S. H.; Yamasue, E.; Ishihara, K. N.; Okumura, H. Appl. Catal. B-Environ. 2010, 93 (3-4), 217.

    22. [22]

      (19) Li, X. H.; Liu, S. X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2008, 24 (11), 2019. [李晓辉, 刘守新. 物理化学学报, 2008, 24 (11), 2019.](19) Li, X. H.; Liu, S. X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2008, 24 (11), 2019. [李晓辉, 刘守新. 物理化学学报, 2008, 24 (11), 2019.]

    23. [23]

      (20) Huang, D. G.; Liao, S. J.; Dang, Z. Acta. Chim. Sin. 2006, 64(20) Huang, D. G.; Liao, S. J.; Dang, Z. Acta. Chim. Sin. 2006, 64

    24. [24]

      (17), 1805. [黄冬根, 廖世军, 党志. 化学学报, 2006, 64(17), 1805. [黄冬根, 廖世军, 党志. 化学学报, 2006, 64

    25. [25]

      (17), 1805.](17), 1805.]

    26. [26]

      (21) Li, D.; Haneda, H.; Hishita, S.; Ohashi, N.; Labhsetwar, N. K. J. Fluorine Chem. 2005, 126 (1), 69.(21) Li, D.; Haneda, H.; Hishita, S.; Ohashi, N.; Labhsetwar, N. K. J. Fluorine Chem. 2005, 126 (1), 69.

    27. [27]

      (23) Yoo, K. S.; Choi, H.; Dionysiou, D. D. Catal. Commun. 2005, 6, 259.  (23) Yoo, K. S.; Choi, H.; Dionysiou, D. D. Catal. Commun. 2005, 6, 259.  

    28. [28]

      (23) Yoo, K. S.; Choi, H.; Dionysiou, D. D. Catal. Commun. 2005, 6, 259.(23) Yoo, K. S.; Choi, H.; Dionysiou, D. D. Catal. Commun. 2005, 6, 259.

    29. [29]

      (25) Alammar, T.; Birkner, A.; Shekhah, O.; Mudring, A. V. Mater. Chem. Phys. 2010, 120, 109.  (25) Alammar, T.; Birkner, A.; Shekhah, O.; Mudring, A. V. Mater. Chem. Phys. 2010, 120, 109.  

    30. [30]

      (26) Liu, H.; Liang, Y. G.; Hu, H. J.;Wang, M. Y. Solid State Sci. 2009, 11, 1655.  (26) Liu, H.; Liang, Y. G.; Hu, H. J.;Wang, M. Y. Solid State Sci. 2009, 11, 1655.  

    31. [31]

      (27) Yu, N.; ng, L.; Song, H. J.; Liu, Y.; Yin, D. H. J. Solid State Chem. 2007, 180, 799.  (27) Yu, N.; ng, L.; Song, H. J.; Liu, Y.; Yin, D. H. J. Solid State Chem. 2007, 180, 799.  

    32. [32]

      (27) Yu, N.; ng, L.; Song, H. J.; Liu, Y.; Yin, D. H. J. Solid State Chem. 2007, 180, 799.(27) Yu, N.; ng, L.; Song, H. J.; Liu, Y.; Yin, D. H. J. Solid State Chem. 2007, 180, 799.

    33. [33]

      (28) Choi, E. H.; Hong, S. I.; Moon, D. J. Catal. Lett. 2008, 123(28) Choi, E. H.; Hong, S. I.; Moon, D. J. Catal. Lett. 2008, 123

    34. [34]

      (30) Benesi, H. A. J . Phys . Chem. 1957, 61, 970.  (30) Benesi, H. A. J . Phys . Chem. 1957, 61, 970.  

    35. [35]

      (29) Wang, Z. Z.; Zhu, G. M.; Chen, B. Q. Chem. Eng. 2007, 141 (6), l4. [王振中, 朱光明, 陈北强. 化学工程师, 2007, 141 (6), l4.](29) Wang, Z. Z.; Zhu, G. M.; Chen, B. Q. Chem. Eng. 2007, 141 (6), l4. [王振中, 朱光明, 陈北强. 化学工程师, 2007, 141 (6), l4.]

    36. [36]

      (32) Li, Y. X.; Jiang, Y.; Peng, S. Q.; Jiang, F. Y. J. Hazard. Mater. 2010, 182, 90.  (32) Li, Y. X.; Jiang, Y.; Peng, S. Q.; Jiang, F. Y. J. Hazard. Mater. 2010, 182, 90.  

    37. [37]

      (33) Ling, Q. C.; Sun, J Z.; Zhou, Q Y. Appl. Surf. Sci. 2008, 254, 3236.  (33) Ling, Q. C.; Sun, J Z.; Zhou, Q Y. Appl. Surf. Sci. 2008, 254, 3236.  

    38. [38]

      (34) Fox, M. A.; Dulay, M. T. Chem. Rev. 1993, 93, 341.  (34) Fox, M. A.; Dulay, M. T. Chem. Rev. 1993, 93, 341.  

    39. [39]

      (33) Ling, Q. C.; Sun, J Z.; Zhou, Q Y. Appl. Surf. Sci. 2008, 254, 3236.(33) Ling, Q. C.; Sun, J Z.; Zhou, Q Y. Appl. Surf. Sci. 2008, 254, 3236.

    40. [40]

      (34) Fox, M. A.; Dulay, M. T. Chem. Rev. 1993, 93, 341.(34) Fox, M. A.; Dulay, M. T. Chem. Rev. 1993, 93, 341.

    41. [41]

      (35) Hoffmann, M. R.; Martin, S. T.; Choi,W. Y.; Bahnemann, D.W. Chem. Rev. 1995, 95, 693.(35) Hoffmann, M. R.; Martin, S. T.; Choi,W. Y.; Bahnemann, D.W. Chem. Rev. 1995, 95, 693.

    42. [42]

      (36) Su, Y. L.; Li, Y.; Du, Y. X.; Lei, L. C. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (4), 939. [苏雅玲, 李轶, 杜瑛珣, 雷乐成. 物理化学学报, 2011, 27 (4), 939.](36) Su, Y. L.; Li, Y.; Du, Y. X.; Lei, L. C. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (4), 939. [苏雅玲, 李轶, 杜瑛珣, 雷乐成. 物理化学学报, 2011, 27 (4), 939.]

    43. [43]

      (37) Chen, X. Y.; Liu, S. X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2007, 23 (5), 701. [陈孝云, 刘守新. 物理化学学报, 2007, 23 (5), 701.](37) Chen, X. Y.; Liu, S. X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2007, 23 (5), 701. [陈孝云, 刘守新. 物理化学学报, 2007, 23 (5), 701.]

    44. [44]

      (40) He, X.; David, A. Angew. Chem. Int. Edit. 2002, 41, 214.  (40) He, X.; David, A. Angew. Chem. Int. Edit. 2002, 41, 214.  

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1848
  • 文章访问数:  3298
  • HTML全文浏览量:  7
文章相关
  • 发布日期:  2011-12-29
  • 收稿日期:  2011-08-16
  • 网络出版日期:  2011-10-25
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章