Fe、Cr共摻雜TiO2納米球增強(qiáng)光催化制氫

廖 添， 宋 亭， 楊定喬， 呂梅香， 曾和平

(華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院， 廣州 510006)

Fe、Cr共摻雜TiO2納米球增強(qiáng)光催化制氫

廖 添， 宋 亭， 楊定喬， 呂梅香， 曾和平*

(華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院， 廣州 510006)

以鈦酸四丁酯、硝酸鐵、硝酸鉻為原料，采用改進(jìn)的溶膠-凝膠法制備鐵-鉻共摻雜的二氧化鈦納米球. 對該納米球進(jìn)行了結(jié)晶結(jié)構(gòu)、形貌和光吸收性質(zhì)方面的表征，測試了該納米球在紫外-可見光照射下光催化產(chǎn)氫活性. 結(jié)果表明，在摻雜總量不變的情況下，鐵-鉻共摻雜二氧化鈦納米球獲得最好的光催化活性(133.6 μmol/(g·h))，并且具有優(yōu)秀的光催化穩(wěn)定性.

溶膠-凝膠法； 共摻雜； Fe； Cr； 二氧化鈦； 光催化產(chǎn)氫

Keywords： sol-gel method; codoped; Fe； Cr； TiO2; photocatalytic hydrogen evolution

利用太陽能進(jìn)行光催化產(chǎn)生氫氣已經(jīng)被認(rèn)為是解決全世界能源與環(huán)境問題的有效手段[1-2]. 自從1972年FUJISHIMA和HONDA[3]在二氧化鈦(TiO2)電極上發(fā)現(xiàn)了水的光電化學(xué)分解，TiO2半導(dǎo)體納米材料在光催化產(chǎn)氫、環(huán)境污染修復(fù)以及染料敏化太陽能電池方面的應(yīng)用已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注[4-6]. 目前TiO2是應(yīng)用最廣泛的一種光催化劑，它具有良好的光催化活性和穩(wěn)定性、無毒性和廉價等優(yōu)點(diǎn). 然而，TiO2具有較寬帶隙(銳鈦礦為3.2 eV)，只能在紫外光照射下產(chǎn)生光催化活性[7-8]. 此外，純TiO2光生電子空穴對的復(fù)合快速也是光催化效率和光催化活性降低的重要原因[9]. 因此，如何改性TiO2使其具有有效電荷分離、優(yōu)異吸光性能和化學(xué)及光化學(xué)穩(wěn)定的光催化劑成為目前的焦點(diǎn)問題.

目前，促進(jìn)TiO2光催化劑有效電荷分離，同時將其光吸收邊緣延伸到可見光區(qū). 主要方法包括：金屬或非金屬離子摻雜、染料敏化和半導(dǎo)體耦合等[10-12]. 尤其是各種過渡金屬離子的摻雜，可以使摻雜離子嵌入TiO2晶格中鈦離子的位點(diǎn)，有效減小TiO2半導(dǎo)體的帶隙能和阻礙光生電子空穴對的復(fù)合[13-14]. 因此，金屬離子摻雜是改性TiO2的最有效的方法. 由于鐵資源豐富并且環(huán)境友好，F(xiàn)e3+具有半充滿d電子構(gòu)型且Fe3+和Ti4+離子半徑大小相近，是理想的摻雜金屬離子之一[15]. 最近研究表明，F(xiàn)e摻雜TiO2在光催化產(chǎn)氫和降解有機(jī)物方面被認(rèn)為是一種非常有前景的催化劑[16]. 除Fe3+外，鉻摻雜的TiO2也可以很好地改善催化劑對光的吸收，增強(qiáng)光催化活性[17]. 然而單摻雜光催化劑對帶隙的減少有限，同時容易形成雜質(zhì)態(tài)促使光生電子空穴發(fā)生復(fù)合，因此在修飾光催化劑方面雙組份或多組分共摻雜越來越受到人們的關(guān)注[18-19]. 研究表明，雙組分共摻雜或者多組分共摻雜可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，進(jìn)一步提高光催化效率，獲得比任一單組分更好的光催化活性. 例如，BENALIOUA等[20]報道了Bi、Zn 共摻雜TiO2納米粒子在可見光范圍內(nèi)，對于降解靛胭脂具有明顯增強(qiáng)的光催化活性. CHEN等[21]制備了Fe3+和Ti3+共摻雜TiO2納米結(jié)構(gòu)化合物，進(jìn)一步減小了帶隙能，有效地改善了在可見光照射下的光催化活性. HUO等[22]通過溶膠-凝膠法制備了釔和鋁共摻雜氧化鋅，具有較高光催化產(chǎn)氫能力以及優(yōu)異的穩(wěn)定性. 目前，關(guān)于Fe、Cr共摻雜TiO2納米球的光催化產(chǎn)氫活性還鮮有研究. 本文采用改進(jìn)的溶膠-凝膠法制備了Fe、Cr共摻雜TiO2納米球，并以光催化產(chǎn)氫性能來評價其光催化活性，研究了Fe、Cr共摻雜TiO2納米球的物理化學(xué)性質(zhì)變化，分析了共摻雜對光催化活性的影響.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

原料：鈦酸四丁酯(≥99.0%)、硝酸鐵(99.0%)、硝酸鉻(AR)、冰醋酸(99.5%)、商業(yè)TiO2(P25).

儀器：X射線衍射儀(Bruker D8，X射線衍射源為銅靶，狹縫為0.3 nm，工作管電壓40 kV，工作管電流100 mA，掃描速率為8°/min，掃描范圍2θ為10°～80°)、拉曼譜儀(Renishaw InVia)、掃描電子顯微鏡(SEM, JSM-6510A)、透射電子顯微鏡(TEM, JEM-2100HR)、X射線光電子能譜(XPS)、紫外-可見光譜(Hitachi U-3010)、熒光光譜儀(F-4500，Hitachi)、BET比表面積測試儀(Quantochrome NOVA 1200e，氮?dú)馕?.

1.2 光催化劑的制備

采用溶膠-凝膠法制備Fe、Cr共摻雜TiO2納米球[23]. 首先，3 mL鈦酸四丁酯加入到5 mL冰醋酸中(溶液a)，然后溶液a在冰浴下充分?jǐn)嚢?.5 h，以形成溶膠. 然后取適量的硝酸鐵和硝酸鉻溶解在55 mL去離子水中(溶液b). 隨后，在充分?jǐn)嚢柘聦⑷芤篵緩慢加入到溶液a中. 將所得混合溶液超聲0.5 h，然后繼續(xù)攪拌2 h，放置在陰涼處靜置1 d. 再放入80 ℃烘箱中12 h形成膠體，然后120 ℃完全干燥成干凝膠. 將干凝膠研磨成粉，并在550 ℃下煅燒3 h，取出后研磨即得所需樣品. 樣品表示為x%M-TiO2，其中x代表摻雜金屬M(fèi)與Ti的摩爾比，因此制得樣品分別表示為12%Fe-TiO2，8%Fe-4%Cr-TiO2和12%Cr-TiO2. 同時，純的TiO2用同樣的方法制備作為比較.

1.3 光催化活性的測試

光催化氫氣產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)在300 W Xe 燈照射下于100 mL密閉的Pyrex反應(yīng)器中進(jìn)行. 在具體光催化測試中，5 mg光催化劑加入到60 mL含有5%(體積分?jǐn)?shù)，全文同)的三乙醇胺水溶液中. 在光照下樣品用磁力攪拌器充分?jǐn)嚢?，溶液的溫度通過循環(huán)冷卻水控制在室溫. 氫氣產(chǎn)量通過裝配0.5 nm分子篩柱熱導(dǎo)檢測儀的氣相色譜儀在線分析檢測.

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié)晶結(jié)構(gòu)

采用XRD譜和拉曼光譜來表征純TiO2、12%Fe-TiO2、8%Fe-4%Cr-TiO2和 12%Cr-TiO2的晶型及結(jié)構(gòu)特征. 由樣品的XRD譜(圖1)可知，所有峰歸屬于結(jié)晶銳鈦礦相，與標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDS NO.73-1764)一致. 峰位置在25.3°、37.8°、48.0°、53.9°、55.1°、62.7°、68.8°、70.4°、75.1°分別歸屬于銳鈦礦相的(101)、(004)、(200)、(105)、(211)、(204)、(116)、(220)、(215)晶面. 與純TiO2納米粒子相比，樣品8%Fe-4%Cr-TiO2的結(jié)晶度稍微降低，并且衍射峰稍微移向較大的布拉格角. 但是沒有觀察到明顯的Fe或Cr物質(zhì)的相關(guān)峰，這表明Fe3+和Cr3+可能成功嵌入TiO2晶格中. 因?yàn)镕e3+半徑(0.064 5 nm)和Cr3+半徑(0.053 0 nm)和Ti4+半徑(0.060 5 nm)相似，容易取代TiO2晶格中Ti4+[24]. 對于Fe或Cr單摻雜TiO2納米粒子，XRD峰出現(xiàn)了少許雜峰，分別歸屬于Fe3Ti3O10和Cr2O3. 因?yàn)閱我辉負(fù)诫s量較大，摻雜TiO2晶格出現(xiàn)過飽和，因此形成雜峰. 采用Debye-Scherrer方程計算所有樣品的結(jié)晶尺寸D=0.9/(βcosθ)，其中，D為晶粒垂直于晶面方向的平均厚度(nm)，是入射波長(nm)，θ是衍射的布拉格角(°)，β為實(shí)測樣品衍射峰半高寬度(必須進(jìn)行雙線校正和儀器因子校正). 基于各樣品X衍射最強(qiáng)峰的半寬高，帶入公式可得TiO2、12%Cr-TiO2、8%Fe-4%Cr-TiO2和12%Fe-TiO2的D分別為18.6、17.1、13.6、9.9 nm.

圖1 不同樣品的 XRD譜

為了進(jìn)一步了解TiO2和8%Fe-4%Cr-TiO2的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，對樣品進(jìn)行了拉曼光譜測試(圖2)，TiO2和8%Fe-4%Cr-TiO2的拉曼光譜展示了6個拉曼活性模，即3Eg、2B1g、A1g，這表明其主相屬于銳鈦礦相[21]. 并且沒有觀察到Fe或Cr相關(guān)化合物的拉曼峰，該結(jié)果與XRD分析結(jié)果一致. 同時，與純TiO2相比，8%Fe-4%Cr-TiO2的最強(qiáng)峰從141.8 cm-1到146.4 cm-1發(fā)生藍(lán)移，并且峰寬變寬，這進(jìn)一步印證了Fe或Cr已經(jīng)嵌入TiO2晶格中.

圖2 TiO2 和 8%Fe-4%Cr-TiO2的拉曼光譜

2.2 形貌分析

采用掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)研究了樣品8%Fe-4%Cr-TiO2(光催化產(chǎn)氫活性最好)納米粒子的形貌及粒子大小(圖3A)，材料主要呈球形納米粒子，有輕微的團(tuán)聚. 同時8%Fe-4%Cr-TiO2的能譜分析(EDS)(圖3B)表明，樣品包含4種元素(圖中Pt峰存在是由于樣品在掃描電鏡制樣過程中噴金處理引入的Pt元素)，分別為Ti、O、Fe和Cr，且其中n(Fe)∶n(Ti)和n(Cr)∶n(Ti)的分別為0.088 3和0.043 8. 這一結(jié)果與制備8%Fe-4%Cr-TiO2樣品時Fe和Cr理論值基本保持一致. 8%Fe-4%Cr-TiO2的TEM圖(圖3C)中可清晰地觀察到8%Fe-4%Cr-TiO2納米粒子為不規(guī)則的球形粒子，與SEM得出結(jié)論一致. 同時通過TEM可以得知粒子大小范圍為10～15 nm，該結(jié)果與采用Debye-Scherrer方程計算結(jié)晶大小基本吻合. 采用高分辨透射電鏡(HRTEM)進(jìn)一步去理解納米粒子的結(jié)晶微結(jié)構(gòu)(圖3D). 圖中0.355 nm的條紋間隔歸屬于銳鈦礦相的[011]晶面，除此之外，還存在晶格條紋為0.238 nm的[004]晶面. 該結(jié)果表明，8%Fe-4%Cr-TiO2納米粒子可能沿著[101]和[004]方向生長. 同時，沒有發(fā)現(xiàn)Fe或Cr的化合物相關(guān)晶格條紋，這再次確認(rèn)了Fe和Cr已被摻入到TiO2晶格中.

圖3 8%Fe-4%Cr-TiO2的SEM圖、EDS譜、TEM圖和HRTEM圖

Figure 3 SEM image, EDS spectrum, TEM and HRTEM images of 8%Fe-4%Cr-TiO2

2.3 XPS分析

采用XPS技術(shù)研究8%Fe-4%Cr-TiO2表面元素的氧化態(tài)(圖4). 以峰位置為284.8 eV的C 1s去校正結(jié)合能. Ti 2p結(jié)合能區(qū)在458.7 eV和464.4 eV出現(xiàn)2個特征峰，分別歸屬于2p3/2和2p1/2態(tài)光電子的自旋軌道裂分[25]. 然而，與Ti4+(TiO22p3/2結(jié)合能為458.9 eV, 2p1/2結(jié)合能為464.6 eV)相比[26]，8%Fe-4%Cr-TiO2的Ti 2p3/2和Ti 2p1/2態(tài)的結(jié)合能稍微移向較低處，這是由于Fe和Cr共摻雜進(jìn)入TiO2晶格形成的氧空位造成的[24]. O 1s區(qū)擬合為在530.0 eV和531.2 eV的2個組成峰，分別對應(yīng)于TiO2晶格中的氧和表面羥基自由基中的氧[15]. Fe 2p的XPS譜在711.3 eV和725.4 eV有2個峰(圖4C)，分別歸屬于Fe 2p3/2和Fe 2p1/2的結(jié)合能. 除此之外，在Fe 2p區(qū)觀察到1個明顯峰，峰位置為719.7 eV，歸屬于Fe 2p3/2的衛(wèi)星震動峰，該衛(wèi)星震動峰是Fe3+的特征[27]. 并且圖中Fe3+的Fe 2p3/2衛(wèi)星震動峰是1個獨(dú)立明顯的峰，而非肩峰. 由此進(jìn)一步確認(rèn)了摻雜在TiO2中的Fe化學(xué)態(tài)為Fe3+[28]. 其余峰位于713.5 eV和727.4 eV可能由Fe3+鹽(來源于合成過程中的前驅(qū)體)形成[29]. Cr 2p的XPS譜(圖4D)中，572.0 eV和587.1 eV處的2個峰歸屬于Cr3+2p3/2和 Cr3+2p1/2. 此外，位于579.7 eV和589.2 eV處的2個峰歸屬于Cr6+2p3/2和Cr6+2p1/2[30]. 因此，當(dāng)Fe和Cr摻雜進(jìn)入TiO2晶格時，部分Cr原子形成了Cr6+，作為電子給體可以給出比Ti原子多2個電子. 同時，其他Fe和Cr原子作為電子受體，提供比Ti原子少1個電子. 這促使TiO2從n-型向p-型轉(zhuǎn)變，有助于形成電荷補(bǔ)償促使TiO2納米粒子在光催化過程中更加有效地進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移[31-32]. 除此之外，與Fe2O3(Fe 2p3/2710.8 eV、Fe 2p1/2724.0 eV[33]和Cr2O3(Cr 2p3/2576.1 eV、Cr 2p1/2586.0 eV)[32]相比，樣品的Fe3+(Fe 2p3/2711.3 eV 和Fe 2p1/2725.4 eV)和Cr3+(Cr 2p3/2577.2 eV和 Cr 2p1/2587.1 eV)的主峰位置明顯移向高結(jié)合能，這是由于形成Fe—O—Ti和Cr—O—Ti鍵的原因[33].

圖4 8%Fe-4%Cr-TiO2中 Ti 2p、O 1s、Fe 2p和Cr 2p的XPS譜

Figure 4 XPS spectra for Ti 2p, O 1s, Fe 2p and Cr 2p regions of 8%Fe-4%Cr-TiO2

2.4 光催化產(chǎn)氫活性

在紫外-可見光照射下，所有制備樣品在三乙醇胺水溶液中進(jìn)行光催化活性測試. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計了無光源或者無催化劑的空白試驗(yàn)，結(jié)果表明沒有無氫氣(H2)產(chǎn)生. 商業(yè)TiO2(P25)、純TiO2、12%Fe-TiO2、8%Fe-4%Cr-TiO2和12%Cr-TiO2分別取0.005 0 g光照3 h的產(chǎn)氫速率v(表1)可知，對于P25和純TiO2，其產(chǎn)氫速率分別為59.3 μmol/(g·h)和68.4 μmol/(g·h)，產(chǎn)氫速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他樣品，這可能是由于較差的光吸收能力以及光催化過程中光生電子空穴對快速復(fù)合. 然而，單摻雜12%Fe-TiO2和12%Cr-TiO2的光催化活性明顯改善，分別為106.3 μmol/(g·h)和90.4 μmol/(g·h). 值得注意的是，共摻雜8%Fe-4%Cr-TiO2展示了最高光催化氫氣產(chǎn)生速率(133.6 μmol/(g·h))，這是純TiO2(68.4 μmol/(g·h))產(chǎn)氫速率的1.95倍，分別是單摻雜12%Fe-TiO2、12%Cr-TiO2產(chǎn)氫速率的1.26、1.48倍. 這表明共摻雜進(jìn)一步提高了光催化劑的光催化活性. 此外，較大比表面積也是增加光催化氫氣產(chǎn)生速率的另一個重要原因. 因此我們研究了樣品的比表面積(SBET). 與未摻雜的TiO2(42.15 m2/g)相比，單摻雜或者共摻雜均明顯增加了催化劑的比表面積，其中是8%Fe-4%Cr-TiO2(57.03 m2/g)比單摻雜12%Cr-TiO2(53.83 m2/g)有更大的比表面積，這有助于增加光反應(yīng)過程中的活性位點(diǎn)，提高光催化產(chǎn)氫活性. 然而單摻雜12%Fe-TiO2(60.72 m2/g)獲得最大的比表面積，這可能是由于Fe摻雜比Cr摻雜更易于使納米二氧化鈦形成結(jié)晶缺陷，使得樣品晶粒尺寸小，有利于提高比表面積.

表1 制備樣的BET比表面積、結(jié)晶尺寸和產(chǎn)氫速率Table 1 BET surface areas, crystallite sizes and hydrogen evolution rates of the as-prepared photo-catalysts

為了進(jìn)一步研究8%Fe-4%Cr-TiO2納米粒子的光穩(wěn)定性，取樣品0.050 0 g，在相同條件下進(jìn)行累計照射15 h的5次連續(xù)循環(huán)(圖5)，5次循環(huán)后并未發(fā)現(xiàn)樣品光催化性能有明顯的下降. 這表明8%Fe-4%Cr-TiO2納米粒子具有很好的光催化活性. 反應(yīng)前后8%Fe-4%Cr-TiO2納米粒子的結(jié)晶結(jié)構(gòu)通過XRD進(jìn)行表征(圖6). 結(jié)果表明8%Fe-4%Cr-TiO2納米粒子反應(yīng)前后結(jié)晶結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯改變. 綜合以上結(jié)果進(jìn)一步表明8%Fe-4%Cr-TiO2納米粒子是一種穩(wěn)定有效的催化劑.

圖5 8%Fe-4%Cr-TiO2納米粒子的長時間循環(huán)產(chǎn)氫活性

Figure 5 Long-term hydrogen production activity of 8%Fe-4%Cr-TiO2NPs

圖6 15 h光催化測試前后8%Fe-4%Cr-TiO2的XRD譜

Figure 6 XRD patterns of 8%Fe-4%Cr-TiO2before and after 15 h of photocatalytic test

2.5 紫外可見漫反射和光致發(fā)光測試

為了進(jìn)一步研究純TiO2、12%Fe-TiO2、8%Fe-4%Cr-TiO2和12%Cr-TiO2的光學(xué)性質(zhì)對光催化活性的影響，對樣品進(jìn)行了紫外可見漫反射(圖7)和光致發(fā)光測試(圖8). 純TiO2的光吸收邊約為400 nm，這表明它只對紫外光部分有響應(yīng). 對比之下，單摻雜12%Fe-TiO2和12%Cr-TiO2的光吸收邊明顯紅移到可見光區(qū). 并且，12%Fe-TiO2的紫外漫反射圖譜中在450～600 nm處出現(xiàn)1個吸收峰，可以用來解釋其增強(qiáng)的光催化活性. 而12%Cr-TiO2也在可見光區(qū)(550～800 nm)出現(xiàn)明顯的吸收峰，這是由于Cr3+的占據(jù)d軌道向TiO2導(dǎo)帶發(fā)生的躍遷以及Cr3+自身的d-d躍遷產(chǎn)生的[32]. 值得注意的是，由于Fe和Cr共摻雜TiO2產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，8%Fe-4%Cr-TiO2在可見光區(qū)獲得最好光吸收，增加光催化過程對光能的利用率. 同時，通過Tauc方程計算樣品純TiO2、12%Fe-TiO2、8%Fe-4%Cr-TiO2和12%Cr-TiO2的帶隙能分別為3.10、1.62、1.47、1.86 eV. 由計算結(jié)果可知，共摻雜8%Fe-4%Cr-TiO2納米粒子的帶隙能進(jìn)一步減小，使光生電子空穴對更容易、有效地分離，從而改善納米粒子的光催化活性.

圖7 不同樣品的紫外-可見漫反射光譜

圖8 不同樣品的熒光發(fā)射譜

除了優(yōu)異的光吸收，光生電子空穴對有效的分離也是獲得良好光催化活性的重要因素. 采用熒光光譜研究了樣品的光生電子空穴分離性質(zhì). 熒光發(fā)射光譜技術(shù)是一種無損高敏的方法，人們廣泛使用它去表征半導(dǎo)體材料的電荷分離效率，光致發(fā)光的峰越強(qiáng)說明電荷復(fù)合越快. 使用波長為322 nm的光作為激發(fā)光，制備樣品表現(xiàn)出了明顯差別的熒光發(fā)射強(qiáng)度(圖8). 其中，純TiO2展示了最強(qiáng)的熒光發(fā)射峰，表明其電子最容易發(fā)生復(fù)合，這可用來解釋純TiO2具有很差的光催化活性. 然而， Fe或Cr摻雜TiO2后其發(fā)射峰的強(qiáng)度大幅度降低，這表明由于Fe或Cr摻雜有效地抑制了光催化反應(yīng)中光生電子空穴對的復(fù)合，有利于提高光催化反應(yīng)效率.

2.6 光電流測試

為了進(jìn)一步研究光生電子空穴對分離和理解共摻雜協(xié)同效應(yīng)，在間歇紫外-可見光照射下測試了樣品的光電流瞬變響應(yīng)(圖9). 停止光照，光電流密度立刻降為零；開始光照，光電流密度又立刻恢復(fù)，這表明了光生電子的遷移. 值得注意的是，8%Fe-4%Cr-TiO2的光電流密度比純TiO2以及單摻雜樣品都明顯增強(qiáng)，這表明由Fe和Cr共摻雜的協(xié)同效應(yīng)有效地提高了光生電荷的分離效率.

圖9 在1 mol/L Na2SO4水溶液中采用300 W氙燈作為光源時不同樣品的瞬變光電流響應(yīng)

Figure 9 Transient photocurrent responses of different samples 1 mol/L Na2SO4aqueous solution under a 300 W Xe lamp as light source

3 結(jié)論

采用改進(jìn)溶膠-凝膠法成功制備了Fe和Cr共摻雜二氧化鈦納米球，并且表征了其結(jié)晶結(jié)構(gòu)、形貌，研究其光學(xué)性質(zhì)和產(chǎn)氫活性. 在所有制備樣品中，8%Fe-4%Cr-TiO2獲得了最好的光催化產(chǎn)氫活性(133.6 μmol/(g·h))，并且也展示了在光催化反應(yīng)過程中的可循環(huán)性. 結(jié)果表明，光吸收和電荷分離是影響光催化產(chǎn)氫活性的關(guān)鍵因素. 由于在Fe和Cr共摻雜二氧化鈦中存在協(xié)同效應(yīng)，不僅增強(qiáng)了對光的吸收，還明顯改善了光生電子空穴對的分離，所以 8%Fe-4%Cr-TiO2可以獲得增強(qiáng)的光催化產(chǎn)氫活性. 總之，采用共摻雜這種方法有效地提高了TiO2的光催化產(chǎn)氫活性，這為修飾寬帶隙半導(dǎo)體材料提供了一種可行、簡便的策略.

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Fe,Cr Codoped TiO2Nanosphere with Enhanced Photocatalytic Hydrogen Evolution

LIAO Tian, SONG Ting, YANG Dingqiao, Lü Meixiang, ZENG Heping*

(School of Chemistry and Environment,South China Normal University,Guangzhou 510006,China)

The Fe-Cr codoped TiO2nanosphere was synthesized with titanium butoxide, Fe(Ⅲ) nitrate nonahydrate, Cr(Ⅲ) nitrate nonahydrate by a modified sol-gel method. The crystal structure, morphology and optical absorption property of as-prepared nanosphere were characterized. And the photocatalytic hydrogen evolution was performed under UV-visible light illumination. The results indicated that the Fe-Cr codoped TiO2nanosphere has the best photocatalytic hydrogen evolution activity (133.6 μmol/(g·h)) and also exhibits high reusability for photocatalytic reaction.

2015-11-04 《華南師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)》網(wǎng)址：http://journal.scnu.edu.cn/n

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(21571064，21371060)；廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(S201302001391)

*通訊作者:曾和平，教授，Email:zenghp@scnu.edu.cn.

O649.4

A

1000-5463(2017)05-0031-07

【中文責(zé)編：譚春林 英文審校：李海航】