Page 120 - 《精细化工》2020年第4期

·754· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

1.3 材料的表征及其光催化活性评价 节步骤进行可见光催化降解实验，重复 3 次。
1.3.1 材料的表征
2 结果与讨论
采用 X 射线衍射仪进行 XRD 测试，选用 CuK α
辐射，步速设定为 10 (°)/min(2θ)，电流为 40 mA，
2.1 XRD 测定结果
电压为 150 kV，扫描范围为 1.5°~100°，阶宽为 0.02°，
催化剂 TiO 2 和 N-TiO 2 等的 XRD 图如图 3 所示。
可用 Scherrer 公式对光催化剂的粒径进行计算： 从图 3 可以看出，4 种光催化剂均在 2θ=25.2°、37.8°、
K
D  （1） 48.0°、53.8°、55.0°处出现特征峰，分别与锐钛矿相
B cos TiO 2 的（101）、（004）、（200）、（105）、（211）晶面
式中：K 为 Scherrer 常数（K=0.89）；D 为晶粒垂直
相 [27] 一致，表明 N 掺杂、N 2 氛围煅烧和 N 2 氛围等
于晶面方向的平均厚度，nm；B 为实测样品衍射峰
离子体处理并没有使 TiO 2 的晶型发生改变。根据
半高宽度，rad；θ 为布拉格衍射角，°；λ为 X 射线
Scherrer 公式可以计算出 TiO 2 和 N-TiO 2 的平均粒
波长（λ=0.154056 nm），nm。
径，TiO 2、N-TiO 2(C)、N-TiO 2(C+LTP)和 N-TiO 2(LTP+C)
采用透射电子显微镜进行 TEM 测试；采用紫外-
的平均粒径依次为 19.1、18.6、17.0 和 16.3 nm [28] 。
可见漫反射光谱仪进行 UV 测试，测试范围为 λ=
与 TiO 2 相比，掺入 N 元素使晶粒尺寸变小。与
300~800 nm；采用扫描电子显微镜配置的 X 射线能
N-TiO 2 (C)相比，经过等离子体处理的 N-TiO 2 粒径
谱仪进行 EDS 测试，在 3 keV 下进行测试；采用 X
也变小，且 N-TiO 2 (LTP+C)的晶粒尺寸最小。
射线光电子 能谱仪进 行 XPS 测试，其中 AlK a

（1486.6 eV）辐射作为 X 射线的激发源，以 C1s
（284.6 eV）为基准对光电子能谱仪进行校正。
1.3.2 可见光催化活性评价
取 100 mL 甲基橙溶液（20 mg/L）于 250 mL
玻璃反应器（如图 2 所示）中，然后向玻璃反应器
中加入 1 g 光催化剂粉体，搅拌下暗置 1 h。在装有
可见光反射滤光片（VISREF780）和紫外截止滤光
片（UVCUT400）的氙光灯源下进行可见光（λ=400~
780 nm）催化反应，搅拌并通入循环冷却水，每隔

一定时间取 5 mL 溶液，在设定转速为 4000 r/min
图 3 催化剂的 XRD 图
的高速离心机中离心 30 min，取出离心管利用紫外- Fig. 3 XRD patterns of the catalysts
可见分光光度计在 λ=464 nm 处测出上清液吸光度， 2.2 TEM 表征结果
根据吸光度计算出甲基橙降解效率 [26] ，考察 TiO 2
3 种 N-TiO 2 光催化剂的 TEM 图如图 4 所示。经
及 N-TiO 2 光催化剂可见光降解甲基橙的性能。 过等离子体处理的 N-TiO 2（图 4c、e）晶粒的分散性

比单纯煅烧的 N-TiO 2 （图 4a）更好。三者晶格条纹的
晶面间距均为 0.35 nm（图 4b、d 和 f），与锐钛矿型
TiO 2（101）晶面相对应，这与 XRD 测定结果一致。

图 2 玻璃反应器装置图
Fig. 2 Glass reactor unit diagram

1.3.3 光催化剂稳定性评价
将 TiO 2 和 1.2 节得到的3 种N-TiO 2 分别按照 1.3.2
节步骤同时进行两组平行实验，将两组可见光催化活
性评价后的光催化剂一并回收，然后将其放入烘箱中
干燥 12 h（100 ℃），再移至管式炉中 N 2 氛围下煅烧
2 h（450 ℃），将煅烧后的催化剂称取 1 g，按照 1.3.2