第19卷 第2期
Vol. 19 No. 2催 化 学 报Chinese Journal of Catalysis 1998年3月March 1998
二氧化钛表面光学特性与光催化活性的关系3
孙奉玉吴 鸣33李文钊李新勇顾婉贞王复东
(中国科学院大连化学物理研究所, 大连116023)
提 要 本文考察了二氧化钛经氢气气氛热处理后对其光催化降解苯酚活性的影响. 结合DRS , FS , XRD 等研究手段, 发现二氧化钛光催化降解苯酚的活性与其光学特性(吸收光能力和荧光发射强度) 有较好的一致性, 而光学特性来自表面态. 由此, 提出了二氧化钛光学表面态的概念, 认为与光催化活性密切相关的二氧化钛光学表面态的性质, 是由这些钛羟基和低价钛的数量及比例决定的.
关键词 二氧化钛, 光催化活性, 表面态, 光学特性, 苯酚, 降解
分类号 O643/O647
近十年来, 人们对半导体微多相光催化消除环境污染作了大量研究. 在已被研究的催化剂中, TiO 2被认为是较理想的, 并已在污水和空气的净化中得到了应用. 已经发现, TiO 2的晶型、掺杂金属离子、催化剂载体、担载贵金属、表面衍生化、表面羟基基团密度及不同气氛处理等都对光催化活性有影响. 特别有趣的是, 即便是TiO 2晶型相同, 光催化活性也有很大的差异[1,2], 氢气气氛中热处理会使光催化活性有不同程度的提高[3～5]. 这些都说明, TiO 2的表面态对其光催化活性有重要的影响.
本文以TiO 2光催化降解水溶液中的苯酚为模型反应, 着重研究了氢气气氛的热处理对TiO 2的表面光学特性的影响, 并对这种表面光学特性的变化与光催化活性进行了关联. 1 实验部分
1. 1 试剂及催化剂制备 商品TiO 2(锐钛矿型) , 苯酚(分析纯) , 水为去离子水再经二次重蒸处理.
方法1 商品TiO 2在400～800℃氢气气氛下处理2h ; 方法2 商品TiO 2在600℃氢气气氛下处理015～8h.
1. 2 光催化反应 反应装置采用内置光源中空夹套式恒温磁力搅拌石英反应器. 光源是125W 高压汞灯. 汞灯外面套以滤光玻璃管, 滤去波长小于320nm 的光, 以防止远紫外光引起苯酚直接光降解. 实际利用光的波长范围为320～380nm. 恒温水浴温度约35℃.
将120ml 011g/L 苯酚溶液和01240g TiO 2加入反应器, 经超声分散10min , 制成TiO 22苯酚悬浊液. 反应时, 一边快速搅拌一边以80ml/min 的流速向悬浊液底部以鼓泡方式通入氧气. 空白实验结果表明, 在没有催化剂TiO 2只有光照的情况下, 溶液中苯酚浓度不变; 在有TiO 2存在而无光照时, 搅拌TiO 22苯酚悬浊液3h , 溶液中的苯酚浓度也无明显变化. 所以, 光催化反应后的苯酚浓度降低是二氧化钛光催化作用造成的.
用反应一段时间后苯酚的剩余百分率, 即反应后苯酚浓度c 和初始浓度c 0之比c/c 0, 来衡量催化剂的活性. 根据苯酚标准溶液的工作曲线, 当苯酚浓度小于20mg/L 时, 遵守朗伯-
收稿日期:1997203204. 孙奉玉:男, 1971年生, 硕士生.
3国家自然科学基金(批准号29473131) 和中国科学院基础局95预研项目(BH -3) 资助课题.
33通讯联系人.
122催 化 学 报19卷比耳定律, 即A =εbc , 故苯酚剩余百分率为c/c 0=A /A 0. 具体方法是:定量取光催化反应一定时间后的悬浊液, 经高速离心后将上层清液定量稀释, 用紫外2可见分光光度计测定苯酚在270nm 波长处的特征吸收的吸光度A , 从而计算出反应后溶液中的苯酚剩余百分率c/c 0. 本实验全部剩余百分率数据取自反应15min 的悬浊液.
1. 3 光谱测量方法 漫反射光谱(DRS ) 测量是将TiO 2样品在3MPa 压力下制成圆片, 在装有积分球的日本产HITACHI 200210型紫外2可见分光光度计上测320～380nm (本实验实际利用波长范围) 的漫反射光谱. 用333nm 处的吸光度来比较不同方法制备的样品对光的吸收能力. 用标准氧化镁作参比. 荧光光谱(FS ) 测量是用上面相同的方法将TiO 2样品制成圆片. 在日本产HITACHI MPF 24型荧光光谱仪上进行. 狭缝宽度10nm , 倍增电压700V. 所有样品在最大激发波长247nm 时的最强荧光发射峰均在396nm 处. 相对荧光强度为各样品与商品TiO 2在396nm 处荧光强度之比. X 射线衍射(XRD ) 在日本产Rigaku D/MAX 2rb 型X 射
α, 0115418nm ) . XRD 谱图分析结果表明, 商品二氧化钛的晶型为锐钛线衍射仪上进行(Cu K
矿型, 按方法1和方法2处理的二氧化钛样品的XRD 谱图与商品二氧化钛无明显差异. 2 结果与讨论
图1表示按方法1制得的TiO 2样品光催化降解苯酚的活性(图1(a ) ) 、催化剂吸光度(图1(b ) ) 和相对荧光强度(图1(c ) ) 的关系. 由图可知, 商品TiO 2在还原温度为600℃处呈现最佳光催化活性点, 对应最低的苯酚剩余百分率. 与此同时, 在还原温度600℃处催化剂有最大的吸收光能力和最强的相对荧光强度.
图2表示按方法2制得的TiO 2样品光催化降解苯酚的活性(图2(a ) ) 、催化剂吸光度(
图图1 商品TiO 2在氢气中的还原温度对其光催化
活性(a) , 333nm 处的吸光度(b) 和396nm
处的相对荧光强度(c) 的影响图2 商品TiO 2在氢气中的还原时间对其光催化活性(a) , 333nm 处的吸光度(b) 和396nm 处的相对荧光强度(c) 的影响.
Fig 1 Photocatalytic activity (a ) , absorbance at 333
nm (b ) and relative fluorescence intensity at
396nm (c ) of TiO 2samples reduced in hydro 2
gen for 2h at different tem peratures Fig 2 Photocatalytic activity (a ) , absorbance at 333nm (b ) and relative fluorescence intensity at 396nm (c ) of TiO 2samples reduced in hydro 2
gen for different time at 600℃
2期孙奉玉等:二氧化钛表面光学特性与光催化活性的关系123
) 下经不2(b ) ) 和相对荧光强度(图2(c ) ) 的关系. 由图可知, 商品TiO 2在最佳还原温度(600℃
同时间的H 2还原处理, 2h 处呈现最佳光催化活性点. 在相应的最大光催化活性点处, 催化剂有最大的吸收光能力和最强的相对荧光强度.
一般认为, 光催化活性是由催化剂的吸收光能力、电荷分离和向底物转移的效率决定的. 故上述实验现象可解释为:TiO 2的吸收光能力越强, 光照产生的电子2空穴对越多, 被分离的电子和空穴在能量弛豫过程中若未被底物捕获转为化学能, 则部分将以辐射复合形式转为光能, 即可能观察到更强的荧光发射. 当它们被底物捕获时, 引起氧化还原反应的几率越大, 光催化反应的活性也就越高. 所以, 氢气气氛中的还原处理使TiO 2光催化活性的提高和荧光的增强, 是由还原后其吸收光能力的提高造成的.
XRD 结果显示, 上述TiO 2样品的晶型与处理前的商品二氧化钛的锐钛矿晶型是一致的. 因此, 光催化活性、吸收光能力和相对荧光强度的同步变化应当归属为样品的表面性质的变化. 我们把这种具有决定表面光学特性的表面态称之为光学表面态. 可以认为, 光学表面态在光催化中有重要的作用. 下面的简单计算可大致估出这种光学表面态的作用距离. 光学表面态作用距离由光生载流子的平均扩散距离L 决定, L 又依赖于载流子寿命τ
L =τD (1)
D 是载流子的扩散系数, 可由Einstein 关系式确定, 一般在10-6m 2/s 数量级上. τ由瞬态光谱技术确定在10～100ns 范围. 因此, 光学表面态作用距离在100～300nm 范围.
TiO 2表面具有钛羟基结构TiOH . 当TiO 2经氢气气氛还原处理, 表面钛羟基结构将发生下面的一系列变化
H 2△O H 2H
△O ……→△2Ti x
(0≤x ≤3) (2)
这样, 随着还原温度的升高或还原时间的增长, 还原的程度逐渐加深, 三价或更低价钛Ti x 逐渐增多, 且价态越来越低, 而钛羟基却逐渐减少.
Heller 等[3]推测, TiO 2的光催化活性和表面Ti 3+的数量有关, 氢气还原处理使TiO 2表面Ti 3+增多, 导致半导体的费米能级升高, 界面势垒增大, 减少了电子在表面的积累及与空穴的进一步复合, 从而使光催化活性提高. Heller 等的观点似不能解释上面的实验现象. K obayakawa [6]和Campostrini [7]等则认为, TiO 2表面羟基的减少会导致光催化活性的降低. 这也和我们观察到的适度还原使光催化活性提高的实验结果相矛盾, 所以, 光催化活性也不完全是由表面羟基的多少决定的.
由于载流子寿命相对于空穴较短, 电子向分子氧的转移被认为是光催化氧化反应的速率控制步骤[8～10]. 基于这一观点, 我们认为, 在TiO 2表面, 除钛羟基是捕获光生空穴和电子的浅势阱(方程式(3) , (4) ) [11,12]外, Ti x (0≤x ≤3) 通过吸附分子氧, 也形成捕获光生电子的部位, 并且可能是一种更有效的光生电子的界面转移部位(方程式(5) ) . 当价带电子被光子
-+) 和价带空穴(h vb ) 会分别被这两个部位捕获激发到导带时, 生成的导带电子(e cb +h vb +
-e cb +
-e cb +Ti Ⅳ
OH Ti ⅣOH {{-Ti x …O 2Ti ⅣOH ・}+Ti ⅢOH}-Ti x +O 2・(3) (4) (5) Ti x …O 2
124催 化 学 报19卷同时, 电子和空穴也会发生下面的复合
+h vb +-Ti x …O 2Ti x +O 2(6)
Ti x 的数量越多, 越有利于电子向分子氧的转移(式(5) ) ; 但若没有足够的钛羟基捕获空穴, 电子和空穴的复合速率也会同时加快(式(6) ) . 只有当TiO 2表面钛羟基和低价钛的比例合适时, 才会更有效地改善它的吸收光能力, 促进电子和空穴的分离和界面电荷转移.
二氧化钛表面的粗糙程度估计也会对改善材料的吸收光能力有一定的影响.
综上所述, 二氧化钛的光学表面态在光催化中起了重要的作用. 这种光学表面态来自它的表面钛羟基和低价态, 最佳的光学表面态与它们的数量及数量之比例有关. 对商品二氧化钛, 经合适的还原气氛热处理, 能构建出最佳的光学表面态, 较大程度地改善其光催化活性.
参考文献
1 Sclafani A , Palmisano L , Schiavello M. J Phys Chem , 1990, 94:829
2 Mills A , Sawunyama P. J Photochem Photobiol A :Chem , 1994, 84:305
3 Heller A , Degani Y , Johnson D W et al. J Phys Chem , 1987, 91:5987
4 Okamoto K , Y amamoto Y , Tanaka H et al. B ull Chem Soc Japn , 1985, 58:2015
5 季亚英, 李文钊, 于春英. 催化研究进展:第八届全国催化学术会议论文集. 厦门:厦门大学出版社,
1996, 977
6 K obayakawa K , Nakazawa Y , Ikeda M. Ber B unsen 2Ges Phys Chem , 1990, 94:1439
7 Campostrini R , Carturan G , Palmisano L. M ater Chem Phys , 1994, 38:277
8 G erischer H , Heller A. J Elect rochem Soc , 1992, 139:113
9 Wang C M , Heller A , G erischer H. J A m Chem Soc , 1992, 114:5230
10 G erischer H , Heller A. J Phys Chem , 1991, 95:5261
11 Martin S T , Herrman H , Choi W. T rans Faraday Soc , 1994, 90:3315
12 Martin S T , Herrman H , Hoffmann M R. T rans Faraday Soc , 1994, 90:3323
RE LATIONSHIP BETWEEN OPTICAL SURFACE PR OPERTIES AN D
PH OT OCATALYTIC ACTIVIT Y OF TITANIUM DIOXIDE
Sun Fengyu , Wu Ming , Li Wenzhao , Li Xinyong , Gu Wanzhen , Wang Fudong
(Dalian Institute of Chemical Physics , The Chinese Academy of Sciences , Dalian 116023)
Abstract The influence of heat treatment of TiO 2in hydrogen atmosphere on its photocatalytic performance in degradation of phenol in aqueous suspension is investi 2gated. Diffuse reflectance spectra , luminescence spectra and X 2ray diffraction tech 2niques have been used to characterize the optical absorption , fluorescence intensity and crystalline phase of TiO 2. It is found that the photocatalytic activity of TiO 2consists well with its optical absorbance and fluorescence intensity. Based on this , we propose a concept , optical surface state , and assume that the optical surface state related closely with photocatalytic activity is determined by the amount and the ratio of hy 2droxyl groups to the titanium cations of lower valence on the surface of TiO 2.
K ey w ords Titanium dioxide , Photocatalytic activity , Surface state , Optical proper 2ty , Phenol , Degradation
(Ed WWQ )
第19卷 第2期
Vol. 19 No. 2催 化 学 报Chinese Journal of Catalysis 1998年3月March 1998
二氧化钛表面光学特性与光催化活性的关系3
孙奉玉吴 鸣33李文钊李新勇顾婉贞王复东
(中国科学院大连化学物理研究所, 大连116023)
提 要 本文考察了二氧化钛经氢气气氛热处理后对其光催化降解苯酚活性的影响. 结合DRS , FS , XRD 等研究手段, 发现二氧化钛光催化降解苯酚的活性与其光学特性(吸收光能力和荧光发射强度) 有较好的一致性, 而光学特性来自表面态. 由此, 提出了二氧化钛光学表面态的概念, 认为与光催化活性密切相关的二氧化钛光学表面态的性质, 是由这些钛羟基和低价钛的数量及比例决定的.
关键词 二氧化钛, 光催化活性, 表面态, 光学特性, 苯酚, 降解
分类号 O643/O647
近十年来, 人们对半导体微多相光催化消除环境污染作了大量研究. 在已被研究的催化剂中, TiO 2被认为是较理想的, 并已在污水和空气的净化中得到了应用. 已经发现, TiO 2的晶型、掺杂金属离子、催化剂载体、担载贵金属、表面衍生化、表面羟基基团密度及不同气氛处理等都对光催化活性有影响. 特别有趣的是, 即便是TiO 2晶型相同, 光催化活性也有很大的差异[1,2], 氢气气氛中热处理会使光催化活性有不同程度的提高[3～5]. 这些都说明, TiO 2的表面态对其光催化活性有重要的影响.
本文以TiO 2光催化降解水溶液中的苯酚为模型反应, 着重研究了氢气气氛的热处理对TiO 2的表面光学特性的影响, 并对这种表面光学特性的变化与光催化活性进行了关联. 1 实验部分
1. 1 试剂及催化剂制备 商品TiO 2(锐钛矿型) , 苯酚(分析纯) , 水为去离子水再经二次重蒸处理.
方法1 商品TiO 2在400～800℃氢气气氛下处理2h ; 方法2 商品TiO 2在600℃氢气气氛下处理015～8h.
1. 2 光催化反应 反应装置采用内置光源中空夹套式恒温磁力搅拌石英反应器. 光源是125W 高压汞灯. 汞灯外面套以滤光玻璃管, 滤去波长小于320nm 的光, 以防止远紫外光引起苯酚直接光降解. 实际利用光的波长范围为320～380nm. 恒温水浴温度约35℃.
将120ml 011g/L 苯酚溶液和01240g TiO 2加入反应器, 经超声分散10min , 制成TiO 22苯酚悬浊液. 反应时, 一边快速搅拌一边以80ml/min 的流速向悬浊液底部以鼓泡方式通入氧气. 空白实验结果表明, 在没有催化剂TiO 2只有光照的情况下, 溶液中苯酚浓度不变; 在有TiO 2存在而无光照时, 搅拌TiO 22苯酚悬浊液3h , 溶液中的苯酚浓度也无明显变化. 所以, 光催化反应后的苯酚浓度降低是二氧化钛光催化作用造成的.
用反应一段时间后苯酚的剩余百分率, 即反应后苯酚浓度c 和初始浓度c 0之比c/c 0, 来衡量催化剂的活性. 根据苯酚标准溶液的工作曲线, 当苯酚浓度小于20mg/L 时, 遵守朗伯-
收稿日期:1997203204. 孙奉玉:男, 1971年生, 硕士生.
3国家自然科学基金(批准号29473131) 和中国科学院基础局95预研项目(BH -3) 资助课题.
33通讯联系人.
122催 化 学 报19卷比耳定律, 即A =εbc , 故苯酚剩余百分率为c/c 0=A /A 0. 具体方法是:定量取光催化反应一定时间后的悬浊液, 经高速离心后将上层清液定量稀释, 用紫外2可见分光光度计测定苯酚在270nm 波长处的特征吸收的吸光度A , 从而计算出反应后溶液中的苯酚剩余百分率c/c 0. 本实验全部剩余百分率数据取自反应15min 的悬浊液.
1. 3 光谱测量方法 漫反射光谱(DRS ) 测量是将TiO 2样品在3MPa 压力下制成圆片, 在装有积分球的日本产HITACHI 200210型紫外2可见分光光度计上测320～380nm (本实验实际利用波长范围) 的漫反射光谱. 用333nm 处的吸光度来比较不同方法制备的样品对光的吸收能力. 用标准氧化镁作参比. 荧光光谱(FS ) 测量是用上面相同的方法将TiO 2样品制成圆片. 在日本产HITACHI MPF 24型荧光光谱仪上进行. 狭缝宽度10nm , 倍增电压700V. 所有样品在最大激发波长247nm 时的最强荧光发射峰均在396nm 处. 相对荧光强度为各样品与商品TiO 2在396nm 处荧光强度之比. X 射线衍射(XRD ) 在日本产Rigaku D/MAX 2rb 型X 射
α, 0115418nm ) . XRD 谱图分析结果表明, 商品二氧化钛的晶型为锐钛线衍射仪上进行(Cu K
矿型, 按方法1和方法2处理的二氧化钛样品的XRD 谱图与商品二氧化钛无明显差异. 2 结果与讨论
图1表示按方法1制得的TiO 2样品光催化降解苯酚的活性(图1(a ) ) 、催化剂吸光度(图1(b ) ) 和相对荧光强度(图1(c ) ) 的关系. 由图可知, 商品TiO 2在还原温度为600℃处呈现最佳光催化活性点, 对应最低的苯酚剩余百分率. 与此同时, 在还原温度600℃处催化剂有最大的吸收光能力和最强的相对荧光强度.
图2表示按方法2制得的TiO 2样品光催化降解苯酚的活性(图2(a ) ) 、催化剂吸光度(
图图1 商品TiO 2在氢气中的还原温度对其光催化
活性(a) , 333nm 处的吸光度(b) 和396nm
处的相对荧光强度(c) 的影响图2 商品TiO 2在氢气中的还原时间对其光催化活性(a) , 333nm 处的吸光度(b) 和396nm 处的相对荧光强度(c) 的影响.
Fig 1 Photocatalytic activity (a ) , absorbance at 333
nm (b ) and relative fluorescence intensity at
396nm (c ) of TiO 2samples reduced in hydro 2
gen for 2h at different tem peratures Fig 2 Photocatalytic activity (a ) , absorbance at 333nm (b ) and relative fluorescence intensity at 396nm (c ) of TiO 2samples reduced in hydro 2
gen for different time at 600℃
2期孙奉玉等:二氧化钛表面光学特性与光催化活性的关系123
) 下经不2(b ) ) 和相对荧光强度(图2(c ) ) 的关系. 由图可知, 商品TiO 2在最佳还原温度(600℃
同时间的H 2还原处理, 2h 处呈现最佳光催化活性点. 在相应的最大光催化活性点处, 催化剂有最大的吸收光能力和最强的相对荧光强度.
一般认为, 光催化活性是由催化剂的吸收光能力、电荷分离和向底物转移的效率决定的. 故上述实验现象可解释为:TiO 2的吸收光能力越强, 光照产生的电子2空穴对越多, 被分离的电子和空穴在能量弛豫过程中若未被底物捕获转为化学能, 则部分将以辐射复合形式转为光能, 即可能观察到更强的荧光发射. 当它们被底物捕获时, 引起氧化还原反应的几率越大, 光催化反应的活性也就越高. 所以, 氢气气氛中的还原处理使TiO 2光催化活性的提高和荧光的增强, 是由还原后其吸收光能力的提高造成的.
XRD 结果显示, 上述TiO 2样品的晶型与处理前的商品二氧化钛的锐钛矿晶型是一致的. 因此, 光催化活性、吸收光能力和相对荧光强度的同步变化应当归属为样品的表面性质的变化. 我们把这种具有决定表面光学特性的表面态称之为光学表面态. 可以认为, 光学表面态在光催化中有重要的作用. 下面的简单计算可大致估出这种光学表面态的作用距离. 光学表面态作用距离由光生载流子的平均扩散距离L 决定, L 又依赖于载流子寿命τ
L =τD (1)
D 是载流子的扩散系数, 可由Einstein 关系式确定, 一般在10-6m 2/s 数量级上. τ由瞬态光谱技术确定在10～100ns 范围. 因此, 光学表面态作用距离在100～300nm 范围.
TiO 2表面具有钛羟基结构TiOH . 当TiO 2经氢气气氛还原处理, 表面钛羟基结构将发生下面的一系列变化
H 2△O H 2H
△O ……→△2Ti x
(0≤x ≤3) (2)
这样, 随着还原温度的升高或还原时间的增长, 还原的程度逐渐加深, 三价或更低价钛Ti x 逐渐增多, 且价态越来越低, 而钛羟基却逐渐减少.
Heller 等[3]推测, TiO 2的光催化活性和表面Ti 3+的数量有关, 氢气还原处理使TiO 2表面Ti 3+增多, 导致半导体的费米能级升高, 界面势垒增大, 减少了电子在表面的积累及与空穴的进一步复合, 从而使光催化活性提高. Heller 等的观点似不能解释上面的实验现象. K obayakawa [6]和Campostrini [7]等则认为, TiO 2表面羟基的减少会导致光催化活性的降低. 这也和我们观察到的适度还原使光催化活性提高的实验结果相矛盾, 所以, 光催化活性也不完全是由表面羟基的多少决定的.
由于载流子寿命相对于空穴较短, 电子向分子氧的转移被认为是光催化氧化反应的速率控制步骤[8～10]. 基于这一观点, 我们认为, 在TiO 2表面, 除钛羟基是捕获光生空穴和电子的浅势阱(方程式(3) , (4) ) [11,12]外, Ti x (0≤x ≤3) 通过吸附分子氧, 也形成捕获光生电子的部位, 并且可能是一种更有效的光生电子的界面转移部位(方程式(5) ) . 当价带电子被光子
-+) 和价带空穴(h vb ) 会分别被这两个部位捕获激发到导带时, 生成的导带电子(e cb +h vb +
-e cb +
-e cb +Ti Ⅳ
OH Ti ⅣOH {{-Ti x …O 2Ti ⅣOH ・}+Ti ⅢOH}-Ti x +O 2・(3) (4) (5) Ti x …O 2
124催 化 学 报19卷同时, 电子和空穴也会发生下面的复合
+h vb +-Ti x …O 2Ti x +O 2(6)
Ti x 的数量越多, 越有利于电子向分子氧的转移(式(5) ) ; 但若没有足够的钛羟基捕获空穴, 电子和空穴的复合速率也会同时加快(式(6) ) . 只有当TiO 2表面钛羟基和低价钛的比例合适时, 才会更有效地改善它的吸收光能力, 促进电子和空穴的分离和界面电荷转移.
二氧化钛表面的粗糙程度估计也会对改善材料的吸收光能力有一定的影响.
综上所述, 二氧化钛的光学表面态在光催化中起了重要的作用. 这种光学表面态来自它的表面钛羟基和低价态, 最佳的光学表面态与它们的数量及数量之比例有关. 对商品二氧化钛, 经合适的还原气氛热处理, 能构建出最佳的光学表面态, 较大程度地改善其光催化活性.
参考文献
1 Sclafani A , Palmisano L , Schiavello M. J Phys Chem , 1990, 94:829
2 Mills A , Sawunyama P. J Photochem Photobiol A :Chem , 1994, 84:305
3 Heller A , Degani Y , Johnson D W et al. J Phys Chem , 1987, 91:5987
4 Okamoto K , Y amamoto Y , Tanaka H et al. B ull Chem Soc Japn , 1985, 58:2015
5 季亚英, 李文钊, 于春英. 催化研究进展:第八届全国催化学术会议论文集. 厦门:厦门大学出版社,
1996, 977
6 K obayakawa K , Nakazawa Y , Ikeda M. Ber B unsen 2Ges Phys Chem , 1990, 94:1439
7 Campostrini R , Carturan G , Palmisano L. M ater Chem Phys , 1994, 38:277
8 G erischer H , Heller A. J Elect rochem Soc , 1992, 139:113
9 Wang C M , Heller A , G erischer H. J A m Chem Soc , 1992, 114:5230
10 G erischer H , Heller A. J Phys Chem , 1991, 95:5261
11 Martin S T , Herrman H , Choi W. T rans Faraday Soc , 1994, 90:3315
12 Martin S T , Herrman H , Hoffmann M R. T rans Faraday Soc , 1994, 90:3323
RE LATIONSHIP BETWEEN OPTICAL SURFACE PR OPERTIES AN D
PH OT OCATALYTIC ACTIVIT Y OF TITANIUM DIOXIDE
Sun Fengyu , Wu Ming , Li Wenzhao , Li Xinyong , Gu Wanzhen , Wang Fudong
(Dalian Institute of Chemical Physics , The Chinese Academy of Sciences , Dalian 116023)
Abstract The influence of heat treatment of TiO 2in hydrogen atmosphere on its photocatalytic performance in degradation of phenol in aqueous suspension is investi 2gated. Diffuse reflectance spectra , luminescence spectra and X 2ray diffraction tech 2niques have been used to characterize the optical absorption , fluorescence intensity and crystalline phase of TiO 2. It is found that the photocatalytic activity of TiO 2consists well with its optical absorbance and fluorescence intensity. Based on this , we propose a concept , optical surface state , and assume that the optical surface state related closely with photocatalytic activity is determined by the amount and the ratio of hy 2droxyl groups to the titanium cations of lower valence on the surface of TiO 2.
K ey w ords Titanium dioxide , Photocatalytic activity , Surface state , Optical proper 2ty , Phenol , Degradation
(Ed WWQ )