Ce_2O_3掺杂的Ti_(1_6)Si_(0_4)O_4有序介孔光催化材料的合成与表征

Ce2O3掺杂的Ti1.6Si0.4O4有序介孔光催化材料的合成与表征董维阳*a，CHUL WEE LEE b，JIN-OOK BAEG b，孙尧俊c，吕新春c，张士成a，陈建民a （a复旦大学环境科学与工程系，上海200433；b韩国化学研究院化学技术研究部；
c复旦大学分析测试中心，上海200433）
摘要：本文采用溶剂蒸发诱导的自组装过程合成Ce2O3掺杂的Ti1.6Si0.4O4有序介孔材料光催化剂，550 ºC 焙烧2小时后样品仍保持两维六方有序介孔结构，晶相为锐钛矿相。

与有序介孔Ti1.6Si0.4O4相比，其紫外-可见漫反射光谱的吸收边界明显移向可见区，带隙能明显降低。

传统的TiO2基光催化材料为致密相（无孔），与之相比，介孔TiO2具有比表面积高，孔容积大，孔径大小、孔道结构可以根据需要进行调变等优点，因此人们期望其有独特的性能。

但纯TiO2介孔材料在350度焙烧过程中，孔壁即开始晶化，当温度超过400度时，随着孔壁晶化程度的提高以及纳米晶体的长大，介孔结构遭到很大程度的破坏，介孔有序度也随即下降[1，2]。

Li等[1]在合成时将无定形P2O5或SiO2的前躯体加入到溶胶中，合成出有序的TiO2-P2O5和TiO2-SiO2及其与其它金属氧化物复合的介孔材料。

这些材料在焙烧过程中，由于均匀分散的无定形P2O5或SiO2将纳米结晶的TiO2微粒相隔开，阻止了纳米晶粒的生长速度，从而提高了介孔TiO2的热稳定性和结晶度。

众所周知，TiO2[3]因具有高的光稳定性（高的抗光腐蚀性能）、无毒、廉价与相对高的活性一直备受广泛关注与研究，且被认为是最有希望的光催化剂。

但由于带隙较高（3.2 eV，anatase--锐钛矿），只有在紫外光区（UV light λ< 400 nm）才能产生电子--空穴对。

由于到达地球表面的太阳光中只有3%左右的光谱波长小于400 nm[3]，故其在可见光区的应用一直受到限制。

光催化剂的活性不仅与其固有的电子性质有关，而且它们的物理化学特性也非常重要，如表面积，对污染物和氧的吸附速率，表面羟基的浓度或密度，电子--空穴对再结合速率，晶形，结晶度，掺杂情况等[3, 4]。

通过掺杂能够改变TiO2的带隙能、电子--空穴对再结合速率等，可将其吸收边界从紫外光区移到可见光区（> 400 nm），从而提高其活性与活性稳定性，以及光催化过程的效率。

本文将报道Ce2O3掺杂的Ti1.6Si0.4O4有序介孔光催化材料的合成与表征，采用溶剂蒸发诱导的自组装过程[1]合成Ce2O3掺杂的Ti1.6Si0.4O4介孔材料。

小角XRD检测结果（图1）表明，550度焙烧2小时后Ce2O3掺杂的Ti1.6Si0.4O4仍保持两维六方有序介孔结构。

宽角XRD检测结果表明，焙烧后的样品为锐钛矿相。

紫外-可见漫反射光谱表征结果表明Ce2O3掺杂的Ti1.6Si0.4O4的吸收边界明显移向可见区（图2），其带隙能明显降低（表1）。

其它性质的表征正在进行中。

表 1. Ce2O3掺杂的Ti1.6Si0.4O4介孔材料的有关数据
Table 1. Data of 2D hexagonal mesoporous Ce2O3 doped Ti1.6Si0.4O4 materials
样品名焙烧条件带隙能(eV) 5/2Ce2O3-95Ti1.6Si0.4O4550 ºC-2 h 2.52
10/2Ce2O3-90Ti1.6Si0.4O4550 ºC-2 h 2.50
15/2Ce2O3-85Ti1.6Si0.4O4550 ºC-2 h 2.46
20/2Ce2O3-80Ti1.6Si0.4O4550 ºC-2 h 2.43
Ti1.6Si0.4O4[5]550 ºC-2 h 3.30
*联系人：董维阳，博士，Email: wydong@。

1
2
3
4
10000
2000030000
400005000060000A r b i t r a r y i n t e n s i t y u n i t s
2 T heta / D egree
a
b c d
200
300
400
500
600
700
800
900
0.40.81.21.62.02.42.8A b s o r b a n c e (A r b i t r a r y u n i t )
Wavelength (nm)
a b c d
图 1. 550 ºC 焙烧2小时样品的小角XRD 谱。

图 2. 550 ºC 焙烧2小时样品的紫外与可见漫反射光谱。

Fig. 1. Small angle XRD patterns of the samples Fig. 2. UV-vis. DRS of the samples calcined calcined at 550 ºC for 2 h. at 550 ºC for 2 h.
a. 5/2Ce 2O 3-95Ti 1.6Si 0.4O 4； a. 5/2Ce 2O 3-95Ti 1.6Si 0.4O 4；
b. 10/2Ce 2O 3-90Ti 1.6Si 0.4O 4； b. 10/2Ce 2O 3-90Ti 1.6Si 0.4O 4；
c. 15/2Ce 2O 3-85Ti 1.6Si 0.4O 4； c. 15/2Ce 2O 3-85Ti 1.6Si 0.4O 4；
d. 20/2Ce 2O 3-80Ti 1.6Si 0.4O 4. d. 20/2Ce 2O 3-80Ti 1.6Si 0.4O 4.
参考文献
[1] D. Li, H. Zhou and I. Honma, Nature Materials, 3, 65 (2004).
[2] Choi, S. Y .; Mamak, M.; Coombs, N.; Chopra, N.; Ozin, G . A. Advanced Functional Materials, 2004, 14(4),
335-344, and therein.
[3] C. Lettmann, H. Hinrichs and W. F. Maier, Angew. Chem. Int. Ed., 40(17), 3160 (2001).
[4] T. Kawahara, Y. Konishi, H. Tada, N. Tohge, J. Nishii and S. Ito, Angew. Chem. Int. Ed., 41(15), 2811 (2002). [5] 董维阳，CHUL WEE LEE ，JIN-OOK BAEG ，孙尧俊，吕新春，陈建民，张士成. 有序介孔Ti 1.6Si 0.4O 4 分
子筛的合成与光催化分解H 2S 的性能. 2006年全国太阳能光化学与光催化学术会议论文，P. 239-240，2006，
11月，广州.。