Sn掺杂强化TiO2在湿空气中光催化降解甲苯的性能

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Sn掺杂强化TiO2在湿空气中光催化降解甲苯的性能

2024-07-13 16:40| 来源: 网络整理| 查看: 265

挥发性有机化合物(VOCs)作为O3和PM2.5的前体物质,会导致光化学烟雾与城市雾霾等复合污染的发生,引发区域性大气污染问题[1-2]。TiO2光催化技术能够在室温(20 °C)下将VOCs分解为CO2和H2O,具有绿色环保、成本低廉和氧化性强等优点[2-4],是目前最具应用前景的VOCs治理技术之一。

光催化反应体系中的相对湿度会对材料的活性产生显著影响[5-6]。Zhong等[7]发现当体系中的相对湿度增加,乙醇、丙酮、己烷和甲苯等VOCs的光催化降解反应会受到明显的抑制。Cedillo等[8]将TiO2自净建筑材料暴露在高湿度环境中,发现水分子阻碍了污染物在TiO2活性位点上的吸附并导致TiO2涂层的光催化性能降低。VOCs排放时往往伴随着大量水汽,相对湿度对于TiO2光催化的不利影响会限制其在实际工程中的应用。因此,提高TiO2在湿度条件下的光催化效率至关重要。TiO2的光催化活性与光生载流子的行为密切相关[5],在早期的工作中发现,由于水分子与TiO2表面之间的电荷传输较弱,导致湿度条件下光生载流子的复合机率大,TiO2的光催化性能相较干空气中更低[9-10]。而SnO2纳米材料与水分子间存在强相互作用,作为气体传感器时对于湿度十分敏感[11-12]。Zhang等[13]制备的介孔SnO2-石墨烯传感器具有超高的灵敏度,在11%—98%的相对湿度范围内均能作出快速响应。Li等[14]的实验表明,紫外光照射可以促进SnO2表面电子的生成,使得表面氧化过程加强,吸附水变多,从而提高传感器的湿度灵敏度。综上所述,有望通过Sn掺杂构建水分子的强作用位点,改善水分子和TiO2表面的电荷传输,同时抑制电子和空穴复合,促进光生载流子的迁移,来提高TiO2在湿度气氛下的光催化活性。

为提高湿度条件下的光催化性能,本研究采用水热法制备了Sn掺杂TiO2,在TiO2表面构建了水分子的强作用位点。探究材料在湿度气氛下对甲苯的紫外光催化效率,并通过透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线电子能谱(XPS)和气氛表面光电压谱(SPV)等方法表征了材料的微观形貌、物理性质以及化学组成,讨论了Sn掺杂对于湿度条件下光生载流子的分离以及表面电荷分布的影响。



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