稀土离子掺杂TiO2纳米管阵列的制备(2)
由于稀土元素具有不完全充满的4f轨道和空的5d轨道，易产生多电子组态，可以成为光生电子或空穴的浅势捕获陷阱，延长TiO2光生电子与空穴对的复合时间，提高其光催化活性；同时由于稀土元素可以吸收紫外光区、可见光区、红外光区的各种波长的电磁波辐射，可更有效地利用太阳能[18-20]。因此，稀土离子掺杂在TiO2改性和光催化剂方面应用广泛。本文采用阳极氧化法制得La/TiO2和Eu/TiO2光催化剂，采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析了样品的晶型结构和表面形貌，通过甲基橙降解实验分析了稀土离子La、Eu掺杂TiO2纳米管的光催化性能。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
无水乙醇[CH3CH2OH](分析纯，天津市凯通化学试剂有限公司)；氟化钠[NaF](分析纯，上海经济区江城试剂厂)；浓硫酸[H2SO4](分析纯，洛阳市化学试剂厂)；浓硝酸[HNO3](分析纯，开封市方晶化学试剂有限公司)。
数显智能控温磁力搅拌器(SZCL-2，巩义市予华仪器有限公司)；电子天平(AL204，梅特勒-托利多仪器有限公司)；马弗炉(型号为XY-1400，南阳市鑫宇电热元器件制品有限公司)；CA1713A双路直流稳压电源；81-2型恒温磁力搅拌器(上海司乐仪器厂)；光化学反应仪(XPA-7(G5)，南京胥江发电厂)。
1.2 实验过程
(1) TiO2纳米管阵列制备
采用阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列薄膜，制备方法参考所查文献，方法如下：首先将钛片用不同类型的砂纸进行逐级打磨，然后分别用无水乙醇、去离子水超声清洗15min，重复2-3次，再用抛光液进行化学抛光，再用去离子水冲洗处理，空气中自然风干备用。量取配置好的0.1mol/L的H2SO4溶液75mL,配置质量分数为0.5wt%的NaF电解液，然后加入磁子，用磁力搅拌器搅拌，使溶液混合均匀。以钛片(2*3.5cm²)为阳极，相同大小的铂片为阴极，用CA 1713A型双路直流稳压电源提供电压，以0.1V/s的速度调节电压至20V，恒压氧化2h制得TiO2纳米管阵列初级样品。
(2)稀土离子La、Eu掺杂TiO2纳米管阵列制备
分别以La溶液(质量分数分别为0.4wt% 、0.6wt% 、0.8wt%、1.0wt%、1.2wt%)和Eu溶液(质量分数分别为0.6wt%、0.8wt%、1.0wt%、1.2wt%、1.4wt%)为电解液，以制得的初级样品为阳极，铂片为阴极，继续阳极氧化1h，得到掺杂稀土离子的TiO2纳米管阵列样品。将掺杂过稀土离子的La/TiO2和Eu/TiO2样品用去离子水清洗，自然风干，然后放在马弗炉中煅烧，自然冷却得最终样品。
1.3 样品表征
通过采用德国布鲁克公司生产的D8 ADVANCE型X-射线衍射(XRD)分析样品的晶形结构；采用FEI公司生产的Quanta200型扫描电子显微镜(SEM)进行样品的形貌分析；采用Perkin Elmer公司带积分球的Lambda 35型紫外可见漫反射仪(UV-Vis)分析样品吸收波长；采用Nicolet公司生产的5700型傅立叶变换红外光谱仪分析样品结构；Perkin Elmer公司生产的LS55型荧光分光光度计分析样品的发射光谱。