[01191827]镧掺杂纳米TiO2/电气石复合材料的制备及应用研究

1、任务来源 本项目为郑州市科技攻关项目,项目名称为：可见光响应涂层钛电极的制备及光电催化性能研究,项目编号：141PPTGG388（2014.1～2015.10）。 2、应用领域和技术原理 本研究主要应用于室内空气污染的净化,依据的技术原理：光催化过程产生反应活性极强的OH·自由基通过与有机化合物之间的加合、取代、电子转移、断键等反应,使室内空气中污染物分子氧化降解成低毒或无毒的物质,甚至矿化为 CO2和 H2O。将纳米TiO2负载于电气石表面,制备成镧掺杂纳米TiO2/电气石复合材料,利用稀土La离子掺杂,拓宽吸收阈值,抑制电子-空穴对复合,提高可见光利用率。电气石自身带有永久性电极,在紫外线的照射下,电气石表面的强电场（表面场强达到107 V/cm）作用于纳米TiO2,被光子激发到导带上的电子在电气石电场的作用下被转移到其它介质或与电气石的正极吸附,减小“空穴”与“电子”的复合几率,可提高光生空穴的利用率;同时,电气石辐射的远红外线能够活化水分子,降低水分子缔合度,有利于光催化反应进行。当被远红外照射的物体基本质点的固有运动频率与红外线相匹配时,可较好吸收辐射能并产生激烈的共振,使物体快速加热,而相当一部分无机物和大多数有机高分子化合物都在远红外区有强烈的吸收带,因此能够促进有机物降解反应的快速进行。该材料作为硅藻泥功能层可以达到对室内空气中污染物彻底去除。 3、性能指标 研究所制备的光催化复合材料中,电气石与纳米TiO2及镧在纳米TiO2中的掺杂的协同效应使复合材料的光催化活性提高。该研究制备的可用于室内空气净化的多功能硅藻泥,该复合材料吸水率达82%,抗磨损系数4.8N/cm3,导热系数0.14m·k（300±10℃）;在室内空气净化过程中,可达到良好的净化效果,甲醛去除率达到95.4 %,对室内空气中苯、甲苯、二甲苯以及氨都达到室内空气要求,是一种非常有前途的室内污染空气净化材料。 4、与国内外同类技术比较 本项目通过公关,利用稀土La离子掺杂,拓宽吸收阈值,抑制电子-空穴对复合,提高可见光利用率; 电气石表面的强电场（表面场强达到107 V/cm）作用于纳米TiO2,被光子激发到导带上的电子在电气石电场的作用下被转移到其它介质或与电气石的正极吸附减小“空穴”与“电子”的复合几率,可提高光生空穴的利用率;拓展了氧化技术在可见光光谱范围内的应用,抑制光生电子-空穴对复合,提高了光催化效率,申请了“镧掺杂纳米TiO2/电气石复合材料及利用该材料制备的硅藻泥”发明专利,并已获授权。