硫掺杂二氧化钛的制备与可见光催化性能提升研究

"这篇论文是2008年发表在福州大学学报(自然科学版)上的，由苏文悦、蒋冬升、王绪绪和付贤智等人撰写的科研成果，研究主题是多价硫掺杂二氧化钛的制备及其在可见光催化性能方面的应用。他们通过低温水热法成功合成了S4+／S0掺杂的二氧化钛催化剂(S-TiO2)，并对其进行了多种表征技术的分析，包括低温氮吸附、X射线粉末衍射、紫外可见漫反射光谱和X射线光电子能谱。实验结果显示，S-TiO2催化剂相比于纯TiO2，具有更大的BET比表面积、更集中的孔径分布、光谱吸收边的红移以及对锐钛矿向金红石相转化的抑制，这些特性使其在可见光催化领域展现出更高的活性，特别是对丙酮的降解反应。" 本文的研究重点在于多价硫掺杂对二氧化钛光催化性能的改性。二氧化钛(TiO2)是一种广泛应用于光催化领域的材料，因其稳定的化学性质和高效的光催化效率而备受关注。然而，纯TiO2主要依赖于紫外光激发，这限制了其在太阳光下的实际应用，因为太阳光中只有约4%的能量位于紫外区。因此，通过掺杂不同的元素来扩展其光响应范围至可见光区域，成为提高其催化效率的重要策略。 苏文悦等人的工作引入了多价硫(S4+／S0)掺杂，这是一种创新的改性方法。低温水热法是一种温和的合成手段，能够在较低温度下使硫离子均匀地掺入TiO2晶格中，避免高温可能引起的晶格结构破坏。通过N2吸附-BET法，研究人员评估了催化剂的比表面积，大的比表面积可以提供更多的活性位点，有利于吸附反应物和提高催化效率。XRD分析则用于确定掺杂后材料的晶体结构，防止非期望的相变，如锐钛矿向金红石的转化，因为锐钛矿相通常具有更好的光催化活性。 此外，紫外可见漫反射光谱(DRS)揭示了S-TiO2的光谱吸收边发生红移，这意味着掺杂硫能够将TiO2的光响应范围扩展到可见光区域，扩大了其能量吸收能力。XPS技术进一步提供了材料表面元素状态的信息，证实了硫掺杂成功并可能改变了TiO2的电子结构，有助于光生电子-空穴对的有效分离，减少复合，从而增强光催化活性。 实验选择丙酮的可见光催化降解作为模型反应，丙酮是一种常见的挥发性有机化合物(VOC)，其降解可以评价催化剂在环境净化中的潜在应用。结果显示，S-TiO2在可见光下的催化活性显著高于未掺杂的TiO2，证明了多价硫掺杂对于提升二氧化钛可见光催化性能的有效性。 这项研究不仅展示了多价硫掺杂对二氧化钛的结构改性，还验证了其在可见光催化领域的优异性能，为开发更高效、适用于可见光的光催化剂提供了新的思路和实践依据。