赵晨旭，杜景红，严继康，张家敏，刘意春，甘国友，易健宏

(昆明理工大学 材料科学与工程学院， 昆明 650093)



Cr3+掺杂TiO2粉体的化学沉淀法制备条件优化*

赵晨旭，杜景红，严继康，张家敏，刘意春，甘国友，易健宏

(昆明理工大学 材料科学与工程学院， 昆明 650093)

采用化学沉淀法制备Cr3+掺杂TiO2粉体，通过正交实验优化制备工艺，采用XRD、XPS和UV-Vis对TiO2粉体的结构、表面状态和光吸收性能等进行了表征。结果表明，Cr3+掺杂量对TiO2粉体光吸收性能影响最为显著，随着Cr3+掺杂量的增加，TiO2的光吸收能力增强，禁带宽度减小；Cr3+掺杂能部分取代Ti4+，促进锐钛矿相向金红石相的转变，同时导致TiO2表面吸附一定数量的羟基。最优的制备条件为Cr3+掺杂量1.0%(摩尔分数)，煅烧温度500 ℃，反应温度为70 ℃，反应液pH值为10.0，此条件下获得的TiO2粉体可见光性能最优。

TiO2；Cr3+掺杂；化学沉淀法；优化

0 引 言

资源的过度利用和大自然的严重污染，对我们的生存环境造成了巨大的威胁。近年来，光催化技术在治理环境污染领域显示出广阔的应用前景[1]。TiO2材料因具备无毒、价廉、反应条件温和、高效、高稳定性和多功能性(既可分解有机物和水，也可以降解有毒气体和杀菌)等特点，成为目前公认的最佳的光催化材料[2-3]。但是由于TiO2半导体光催化技术自身存在一些关键问题，极大地制约了其广泛的工业应用。一个是TiO2材料本身的禁带宽度较宽(约3.2 eV)，只能被波长较短(λ<387.5 nm)的紫外光激发，在可见光范围内没有响应，对太阳光利用率低(约3%～5%)[4]；另一个则是其光生电子和空穴的复合率过高，光催化活性较低[5]。为此，人们在提高其可见光光催化活性和催化效率、有效利用太阳能等方面做了大量的研究。过渡金属离子的光吸收范围比TiO2要大，可以更多地利用太阳光；掺杂适量的过渡金属离子还可以在TiO2的价带与导带之间形成一个中间态，使其可以被能量较低的可见光激发；同时由于过渡金属离子化合价较多，掺杂后会产生更多的缺陷形成电子和空穴的捕获陷阱，降低光生载流子的复合率，提高TiO2的光催化性能[6-7]。本文采用化学沉淀法制备金属Cr3+掺杂的TiO2粉体，通过正交实验分析的方法，确定Cr3+掺杂TiO2光催化剂最适宜的制备工艺参数，采用XPS、XRD、SEM和紫外-可见光吸收光谱等手段，对掺杂改性后的TiO2粉体进行了表征。

1 实 验

1.1 实验试剂

主要实验试剂有：TiO2(CP)，九水硝酸铬(AR)，丙烯酸-2-丙烯酸酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物，氨水(氨含量25%～28%)，无水乙醇(AR)，去离子水。……