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第 8 期 王 鑫，等: N-Al/TiO 2 催化剂的制备及可见光降解染料 ·1329·

带宽度变窄，光响应发生红移，因此 N、Al 共掺杂
TiO 2 催化剂可见光响应更为显著。
2.3 可见光催化活性测定
对所制备的催化剂进行光催化活性测试，以甲
基橙、亚甲基蓝、罗丹明 B 3 种染料作为探针，氙
灯为模拟太阳光源，进行可见光光催化实验，结果
见图 7。

图 5 TiO 2 、N/TiO 2 、Al/TiO 2 、N-Al/TiO 2 催化剂 XRD 谱图
Fig. 5 XRD images of TiO 2 , N/TiO 2 , Al/TiO 2 , N-Al/TiO 2
catalyst

TiO 2 催化剂在紫外光下具有较强的光催化降解
能力，通过紫外-可见漫反射（UV-Vis DRS）对 4
种催化剂的光吸收性能进行检测，结果见图 6。其
1/2
中内插图是根据公式计算得到的（αhυ） -hυ 的关系
曲线：
1/2
(αhυ) = A(hυE g ) （2）
式中，α 为吸收系数，L/(molcm)；h 为普朗克常数，
8
h = 6.63×10 34 Js；υ 为光频率，υ = 310 m/s；A
为催化剂有关常数，E g 为禁带能量，eV。

图 6 TiO 2 、N/TiO 2 催化剂、Al/TiO 2 催化剂、N-Al/TiO 2
催化剂可见漫反射吸收光谱图
Fig. 6 Vis DRS of TiO 2 catalyst N/TiO 2 catalyst, Al/TiO 2
catalyst, N-Al/TiO 2

由图 6 可知，在 400 nm 附近，单掺杂和共掺杂

TiO 2 催化剂与纯 TiO 2 催化剂相比均发生不同程度的 图 7 4 种催化剂降解染料
红移现象，其带隙能分别为 TiO 2 ：2.37 eV；N/TiO 2 ： Fig.7 Four catalysts degradation dyes

2.40 eV；Al/TiO 2 ：2.34 eV；N-Al/TiO 2 ：2.24 eV， 由图 7 可见，N-Al/TiO 2 催化剂对染料的降解效
由此可知带隙顺序为：N/TiO 2 > TiO 2 >Al/TiO 2 > 果最佳，其降解率最高可达到 70%左右，比纯 TiO 2
N-Al/TiO 2 ，因此，说明 N、Al 成功掺入到 TiO 2 催 催化剂的脱色率高出近 50%左右。其原因是由于 N、
化剂晶格中，使光响应范围以及可见光吸收性能都 Al 掺杂 TiO 2 使其禁带宽度减小，光生电子-空穴对
发生了一定的拓展与提升，与 XPS 结果相吻合 [22] 。 的重组概率降低，从而增强了可见光降解效率。也
其中 Al 掺杂 TiO 2 催化剂吸收带发生红移是由于 Al 可能是由于 N、Al 掺杂 TiO 2 使其比表面积增加，孔
的 2p 轨道上电子被激发，电荷在 2p 轨道与 TiO 2 的 体积减小有机污染物更易吸附于催化剂表面 [23] ，从
价带或导带之间发生电荷转移，从而使电子-空穴对 而增强了光催化效率。图 7 结果与图 6 结果相吻合。
降低。N 掺杂 TiO 2 催化剂中，N 的 1s 轨道电子态与 2.4 光催化机理探讨
O 的 1s 轨道的电子态相互混合，从而使 TiO 2 的禁 图 8 为 N-Al/TiO 2 催化剂的光催化机理图。