羅序燕， 黃瑞宇， 趙東方， 鄧金梅， 祝婷， 謝小華，2

（1.江西理工大學(xué)冶金與化學(xué)工程學(xué)院，江西 贛州 341000；2.贛州虔東稀土集團(tuán)公司，江西 贛州341000）

近年來，隨著現(xiàn)代儀器分析技術(shù)的發(fā)展，越來越多的新技術(shù)、新方法被應(yīng)用于光催化劑的研究工作中.催化研究主要包含催化劑的合成、表征和應(yīng)用研究，這3部分內(nèi)容相輔相成.催化劑的表征作為催化研究的一個(gè)重要組成部分，也使得在光催化劑表征過程中使用到的現(xiàn)代儀器分析技術(shù)得到了更為廣泛的應(yīng)用.傳統(tǒng)的分析手段和分析方法盡管能從宏觀上了解和掌握樣品的元素組成及其變化，但分析時(shí)間長，而且分析結(jié)果的準(zhǔn)確度和精密度都受到限制，已不能完全適應(yīng)光催化劑工業(yè)發(fā)展的要求.現(xiàn)代儀器分析技術(shù)具有靈敏度高、準(zhǔn)確度高、分析速度快等特點(diǎn)[1]，是一種發(fā)展迅速且用途廣泛的技術(shù).如今，越來越多的現(xiàn)代儀器分析技術(shù)被應(yīng)用到光催化領(lǐng)域，以提高結(jié)果的準(zhǔn)確度和靈敏度.同時(shí)，現(xiàn)代儀器分析技術(shù)在光催化劑表征中的應(yīng)用，也有力地推動(dòng)了我國光催化工業(yè)的發(fā)展.

20世紀(jì)70年代初，日本科學(xué)家Fujishima和Honda[2]發(fā)現(xiàn)利用n型半導(dǎo)體TiO2光催化劑可將水催化分解成氫和氧，這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著光催化領(lǐng)域的研究開始全面啟動(dòng).隨后，1976年，Carey等[3]利用TiO2成功地降解了水中的有機(jī)污染物多氯聯(lián)苯，此項(xiàng)研究大力地推動(dòng)了光催化技術(shù)的發(fā)展.TiO2半導(dǎo)體光催化技術(shù)應(yīng)用于有機(jī)污染物的降解更是取得了迅猛的發(fā)展[4-6]，利用半導(dǎo)體材料來光催化分解礦化有機(jī)污染物便成為了近幾十年來一個(gè)炙手可熱的研究方向，由于此技術(shù)能夠降解近乎所有的有機(jī)污染物，并且具有耗能低和工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，吸引著大量的科研人員投身其中[7].目前研究最多的光催化材料主要是禁帶寬度較大的n型半導(dǎo)體，如：ZrO2、CdS、ZnS、TiO2、ZnO、SnO2、PbS、MoO3、WO3等.其中，由于ZnO和CdS的光催化活性和光穩(wěn)定性均不如TiO2[8]，而且TiO2安全無毒、價(jià)格低廉，因此TiO2順理成章的成為了當(dāng)前使用最為廣泛的一種光催化材料.隨著TiO2半導(dǎo)體材料在光催化領(lǐng)域越來越深入的研究與發(fā)展，儀器分析在光催化劑中的應(yīng)用也得到了很大的發(fā)展，其中以光譜法和X射線衍射分析法的應(yīng)用最為廣泛.本文結(jié)合儀器分析方法在光催化劑的結(jié)構(gòu)表征、催化活性評(píng)價(jià)等方面的應(yīng)用進(jìn)展作簡(jiǎn)要介紹及綜述.

1 分子光譜法

分子光譜法是由分子中的電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的變化產(chǎn)生的.應(yīng)用分子光譜法對(duì)鈦系光催化劑進(jìn)行表征，可以了解光催化劑的化學(xué)成分、光催化性能和光吸收效率等，是鈦系光催化劑進(jìn)行后續(xù)表征的基礎(chǔ).

1.1 紅外吸收光譜法

張一兵等[9-13]采用紅外光譜法對(duì)自制的摻鐵2%（摩爾分?jǐn)?shù)）的TiO2進(jìn)行表征，其中1 636 cm-1處是－OH的彎曲振動(dòng)峰、3 400 cm-1處是－OH的伸縮振動(dòng)峰，這說明樣品中含有大量能夠接受光生空穴的羥基，而這些羥基能夠有效的抑制電子和空穴的再結(jié)合，從而提高光催化活性；1 126 cm-1和1 050 cm-1是由Ti-O-C彎曲振動(dòng)造成的；而520 cm-1處的吸收峰則對(duì)應(yīng)的是Ti-O-Ti彎曲振動(dòng).丁雙[14]利用紅外光譜對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在1 549 cm-1和1 444 cm-1處存在歸屬于乙酸配體中羧酸鹽的非對(duì)稱和對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，表明乙酸的加入量對(duì)樣品中－COO－基團(tuán)數(shù)量產(chǎn)生了影響.朱菊紅[15]利用紅外光譜對(duì)所制備的新型CdS/TiO2納米材料進(jìn)行表征時(shí)發(fā)現(xiàn)在1 347 cm-1處出現(xiàn)了一個(gè)新的峰，且峰強(qiáng)隨CdS的添加量的增加而變強(qiáng)，此現(xiàn)象可認(rèn)為是CdS中Cd-S鍵的作用，說明復(fù)合物中存在CdS.

在化學(xué)領(lǐng)域中，紅外光譜主要有2個(gè)方面的應(yīng)用：①用于研究基礎(chǔ)的分子結(jié)構(gòu)；②分析化學(xué)組成.前者可測(cè)定出分子的鍵長和鍵角，從而推斷分子的立體構(gòu)型，化學(xué)鍵的強(qiáng)弱則可根據(jù)所得的力常數(shù)來判斷.然而，對(duì)物質(zhì)化學(xué)組成的分析是其最為主要的應(yīng)用，根據(jù)光譜中吸收峰的位置以及形狀來推測(cè)未知物的結(jié)構(gòu)，通過特征吸收峰的強(qiáng)弱來測(cè)定混合物中各組分的含量.所有含氧化合物的紅外活性都極強(qiáng)，因此，根據(jù)TiO2紅外光譜的特征吸收峰的強(qiáng)弱，能夠清晰的判斷TiO2表面的－OH或其它含氧基團(tuán)的存在與否.

紅外光譜作為一種環(huán)境友好的快速分析儀器正在被越來越多的分析工作者認(rèn)識(shí)和使用，紅外光譜分析技術(shù)如今已成為發(fā)展最快、最引人矚目的光譜分析技術(shù)之一，并且仍處在不斷完善中.在今后對(duì)光催化材料的測(cè)定過程中，為了使得數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確、樣品用量更少、應(yīng)用范圍更廣，樣品的測(cè)樣器件的研制將不斷地深入.

1.2 紫外可見分光光度法

紫外可見分光光度法是利用物質(zhì)分子對(duì)波長在200～800 nm范圍的電磁波的吸收特性所建立起來的一種定性、定量和結(jié)構(gòu)分析的方法.

孫東峰等[16-17]通過采用紫外可見分光光度法在463 nm波長下測(cè)定吸光度，評(píng)價(jià)水解法制備的TiO2/ CoFe2O4光催化劑降解濃度為20 mg/L的甲基橙的催化效率，在紫外光條件下對(duì)甲基橙降解2 h降解率可達(dá)到70%左右.何春萍[18]將溶膠凝膠法制備的釹摻雜納米二氧化鈦用來降解活性黃溶液，并用紫外可見分光光度法在波長417 nm處對(duì)催化劑進(jìn)行評(píng)價(jià)，在可見光條件下降解1 h降解率可達(dá)90%左右.李秀萍[19]采用紫外可見分光光度法在664 nm波長處對(duì)制備的TiO2/CeO2復(fù)合氧化物進(jìn)行評(píng)價(jià)，紫外光條件下對(duì)10 mg/L亞甲基藍(lán)溶液光催化4 h即可降解完畢.孫劍秋[20]將濃堿水熱400℃煅燒處理后的二氧化鈦納米纖維用來降解10 mg/L羅丹明B溶液，并采用紫外可見分光光度法在552 nm波長處對(duì)羅丹明B溶液進(jìn)行檢測(cè)，在全波段光源條件下反應(yīng)1 h降解率可達(dá)70.9%左右.

紫外可見分光光度法作為一種操作極為簡(jiǎn)便、分析快速、準(zhǔn)確度高和重現(xiàn)性好的儀器分析方法，在光催化劑的表征領(lǐng)域得到了最為廣泛的應(yīng)用，幾乎所有的無機(jī)離子和許多有機(jī)物都可以直接或間接地采用紫外一可見吸收光譜法進(jìn)行分析測(cè)定.國產(chǎn)紫外可見分光光度計(jì)發(fā)展迅速，大大降低了設(shè)備成本，使得紫外可見分光光度計(jì)得到了更好的普及和使用.在光催化領(lǐng)域用于評(píng)價(jià)催化效率常用的有色染料有：甲基橙、活性黃、亞甲基藍(lán)和羅丹明B，其中甲基橙和羅丹明B的使用最為廣泛；另外，也可用紫外分光光度法對(duì)一些無色物質(zhì)如：苯酚、苯和甲苯進(jìn)行檢測(cè).

1.3 紫外可見漫反射光譜

王靜靜[21]用分光光譜儀測(cè)試發(fā)現(xiàn)，摻雜少量鈉離子的二氧化鈦樣品相較于純二氧化鈦材料吸收邊有微小的藍(lán)移，說明半導(dǎo)體材料的帶隙寬度可以通過適量的鈉摻雜來改變.滕文生[22]通過紫外可見漫反射光譜對(duì)純TiO2分析發(fā)現(xiàn)，純的TiO2對(duì)波長400～700 nm范圍內(nèi)的可見光無明顯吸收，對(duì)小于400 nm波長下的光有吸收.夏淑梅[23]從紫外可見漫反射光譜圖分析得出，在純TiO2中加入Ba2+和SiO2/NiFe2O4后，二氧化鈦的光響應(yīng)范圍變寬了.李曉俊[24]利用紫外可見分光光度計(jì)對(duì)1.6%Fe-TiO2分析發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于純二氧化鈦，摻雜了1.6%鐵元素的二氧化鈦對(duì)波長大于400 nm的可見光的吸收增強(qiáng).Rajbongshi B M[25]分析紫外可見漫反射光譜圖發(fā)現(xiàn)，混合相（銳鈦礦型和金紅石型）的Ag敏化TiO2比單純銳鈦礦相Ag敏化TiO2在可見光區(qū)和紫外光區(qū)對(duì)光的吸收強(qiáng)度均有明顯的提高，表明混合相的鈦系光催化劑有相較于單純相的光催化劑更高的光催化活性.李科[26]采用紫外可見漫反射光譜圖分析，加入了硝基苯酚的4NP-TiO2/ SiO2比未添加硝酸苯酚的NIP-TiO2/SiO2的在紫外光吸收強(qiáng)度有明顯的提高，在可見光區(qū)也稍有提高，表明硝基苯酚的加入提高了光催化劑光學(xué)性能. Khalid N R[27]對(duì)純TiO2和銅離子摻雜改性TiO2進(jìn)行紫外可見漫反射表征發(fā)現(xiàn)，銅摻雜改性后的TiO2在可見光區(qū)的光吸收強(qiáng)度相較于純TiO2明顯增強(qiáng)，在摻雜量處于較低范圍內(nèi)時(shí)，隨著摻雜量的增加，可見光區(qū)的光吸收強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，表明適量的銅摻雜可以有效的提高二氧化鈦光催化劑對(duì)可見光的吸收，從而提高光催化效率.

紫外可見漫反射光譜是一種與物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)有關(guān)的反射光譜，可以很好的表征光催化材料的光吸收效率和能級(jí)結(jié)構(gòu)，在對(duì)光催化劑性能表征中不可或缺.純二氧化鈦光催化劑對(duì)400 nm波長以下的紫外光區(qū)有較高的光吸收效率，在對(duì)二氧化鈦進(jìn)行適當(dāng)?shù)膿诫s改性之后，其吸收邊將發(fā)生藍(lán)移，對(duì)波長在400 nm以上的可見光區(qū)光吸收效率有所提高，從而實(shí)現(xiàn)在可見光下對(duì)有機(jī)物的降解.通過紫外可見光譜可以很直觀地從譜圖中看出催化劑的光吸收效率，無需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行其他處理，方法簡(jiǎn)便且高效.

2 X射線衍射分析法

盧帆[28]利用X射線衍射儀測(cè)得納米TiO2在不同溫度下煅燒2 h后的X射線衍射圖，從中可知，納米TiO2粒子在350℃煅燒2 h后由無定型態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦結(jié)構(gòu)，當(dāng)煅燒溫度升高至650℃時(shí)，XRD圖譜中銳鈦礦衍射峰峰強(qiáng)明顯增強(qiáng)，表明在此溫度下煅燒后的樣品相較于350℃和500℃煅燒后的樣品結(jié)晶度得到顯著改善.當(dāng)煅燒溫度繼續(xù)升高至800℃時(shí)，銳鈦礦相將全部轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石相.晏爽[29]對(duì)摻釔前后二氧化鈦樣品進(jìn)行X射線表征，分析可得摻釔前后二氧化鈦的晶型均為銳鈦礦型；摻釔的TiO2（101）面衍射峰相較于純TiO2（101）面的衍射峰，在位置上發(fā)生了少量的位移，此現(xiàn)象表明釔元素進(jìn)入到了二氧化鈦的晶格中，從而導(dǎo)致了晶格的局部變形.薛寒松[30]從XRD譜圖中得出鈰摻雜改性的納米二氧化鈦在經(jīng)過煅燒處理后，二氧化鈦晶格中進(jìn)入了部分鈰離子，從而導(dǎo)致部分晶格發(fā)生畸變，而晶格畸變將產(chǎn)生應(yīng)變能，使得二氧化鈦晶格表面的氧原子容易逃離晶格捕獲空穴，從而降低了電子-空穴對(duì)重新結(jié)合的幾率，進(jìn)而提高了光催化劑的光催化性能.屈廣周[31]對(duì)所制備的樣品進(jìn)行X射線衍射分析發(fā)現(xiàn)，相較于未摻雜的TiO2/AC，N摻雜并未對(duì)二氧化鈦的晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生太大的影響；而Fe摻雜和Fe-N共摻雜TiO2/AC樣品的（101）和（200）衍射峰的強(qiáng)度明顯減弱，此現(xiàn)象是由于Fe的摻入抑制了二氧化鈦晶相的轉(zhuǎn)變.陳恒等[32]利用X射線衍射儀分析得出，在210℃煅燒氯摻雜的TiO2時(shí)已出現(xiàn)銳鈦礦相TiO2，而未摻雜的TiO2在350℃煅燒后仍然以無定型相存在，由此可知氯元素的引入降低了TiO2由無定型相向銳鈦礦相的轉(zhuǎn)變的溫度，在300℃的溫度下煅燒后，催化劑出現(xiàn)了金紅石相，隨著煅燒溫度的繼續(xù)上升，金紅石相含量不斷增加，這也大大低于未摻雜二氧化鈦600℃的金紅石相轉(zhuǎn)變溫度，故由XRD譜圖可知氯元素的摻入降低了二氧化鈦的相轉(zhuǎn)變溫度.王拯[33]通過XRD表征采用共沉淀和固體粒子混合法制備的TiO2/Al2O3/γ-Fe2O3光催化劑，從XRD譜圖中發(fā)現(xiàn)γ-Fe2O3特征峰非常的弱，從而可以斷定γ-Fe2O3被光催化劑包裹在了內(nèi)部.XRD譜圖除了可以用來表征樣品的晶相和結(jié)晶度之外，還可根據(jù)Scherrer方程，以銳鈦礦（101）面進(jìn)行計(jì)算（2θ=25.4°）得出晶粒尺寸.

X射線衍射法（XRD）是表征粉體材料體相結(jié)構(gòu)特性的典型手段，且對(duì)樣品無損傷，能夠精確測(cè)定物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，織構(gòu)及應(yīng)力，精確的進(jìn)行物相分析.通過XRD測(cè)定鈦系光催化劑的晶體結(jié)構(gòu)和物相，可以確定催化劑的晶相、元素的摻雜和結(jié)晶度等信息.

XRD對(duì)鈦系光催化劑的表征可知：①單純的納米二氧化鈦由無定型相到銳鈦礦相的相轉(zhuǎn)變溫度（制備方法不同溫度略有不同）一般為350℃左右，由銳鈦礦相到金紅石相的相轉(zhuǎn)變溫度一般為600℃左右，二氧化鈦在經(jīng)過適當(dāng)?shù)膿诫s或是復(fù)合改性后，其各階段的相轉(zhuǎn)變溫度將受到改變；②鈦系光催化劑材料的粒度越小，XRD衍射峰寬化現(xiàn)象越明顯；③XRD圖譜還可用于鈦系光催化劑合成機(jī)理和晶化過程的研究.

3 電鏡法

3.1 掃描電鏡法

朱琳[34]用掃描電鏡法對(duì)水熱法制備的二氧化鈦進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)在180℃的溫度下水熱合成的二氧化鈦比在160℃和200℃溫度下合成的具有更為完整的顆粒、更均勻的表面和更加規(guī)則的幾何形狀.白小龍[35]采用掃描電鏡對(duì)以四異丙醇鈦制備的二氧化鈦進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，二氧化鈦多為直徑分布幾十到一百納米的球形，且樣品分布比較均勻，僅有少量團(tuán)聚現(xiàn)象，分析推測(cè)團(tuán)聚現(xiàn)象可能是由于反應(yīng)前攪拌速度、滴加速度和烘干等不可控因素導(dǎo)致的[36].阮新潮[37]利用掃描電鏡對(duì)所制備的樣品進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)鎳摻雜的二氧化鈦相較于未摻雜的二氧化鈦團(tuán)聚現(xiàn)象得到緩解，此現(xiàn)象是由于摻雜改性的TiO2表面能低于純TiO2.

掃描電鏡法 （SEM）主要用于觀察樣品的表面形貌，還可以得到反映成分信息的背散射電子像，相較于透射電鏡法，掃描電鏡法主要優(yōu)點(diǎn)有：樣品制備簡(jiǎn)單、對(duì)樣品的厚度無特殊要求、電子束對(duì)樣品的損傷與污染程度較小，圖像放大范圍廣、測(cè)試價(jià)格相對(duì)便宜.通過掃描電鏡法對(duì)純二氧化鈦進(jìn)行檢測(cè)可發(fā)現(xiàn)，納米二氧化鈦極易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，而團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生對(duì)鈦系光催化劑的光催化效率影響較大，因而催化劑固載方面的研究一直是鈦系光催化劑的研究重點(diǎn)并將一直持續(xù)下去.

3.2 透射電鏡法

因博[38]用透射電子顯微鏡對(duì)所制備的中孔炭負(fù)載的二氧化鈦進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)二氧化鈦納米粒子進(jìn)入了中孔炭孔道內(nèi)且中孔炭顆粒分布均勻.萬家峰[39]利用透射電子顯微鏡觀測(cè)二組分包覆磁性納米TiO2和三組分包覆磁性納米TiO2的包覆情況和顆粒的分散情況.塔娜[40]采用高分辨透射電鏡分析二氧化鈦形貌和相組成等，由TEM形貌圖可看出隨著煅燒溫度的提高，二氧化鈦的晶粒尺寸也逐漸增大.300℃條件下煅燒后樣品的高分辨透射電鏡圖可看出在非晶基體上分散著結(jié)晶不完整的3個(gè)晶粒，還可以測(cè)量出晶面間距的大小.Angkaew S[41]采用透射電鏡對(duì)溶膠凝膠法制備的Ag摻雜二氧化鈦納米粉體進(jìn)行觀測(cè)顯示，銀納米顆粒呈球形，并以核的形式存在于納米二氧化鈦內(nèi)部，隨著銀摻雜量的增加，二氧化鈦殼厚度從10～15 nm增加到20～50 nm.

透射電子顯微鏡（TEM）主要可以進(jìn)行內(nèi)部形貌觀察，晶體結(jié)構(gòu)分析，特別是微區(qū)（微米、納米）的像觀察和結(jié)構(gòu)分析，可以得到原子尺度的像，在看到表面圖象的同時(shí)也看到內(nèi)層物質(zhì).透射電鏡的樣品厚度一般為10～100 nm，且觀測(cè)范圍僅為10 mm量級(jí).有很多種方法可用于對(duì)鈦系光催化劑粒度的表征，但使用較多的方法是電鏡法和X射線衍射法.相較于XRD法表征鈦系光催化劑材料的粒度，電鏡法具有更加直觀且可得到更多的結(jié)構(gòu)信息，可根據(jù)分析結(jié)果直觀的佐證X射線衍射法的分析結(jié)果.通過TEM對(duì)鈦系催化劑的檢測(cè)可知，純二氧化鈦的空隙結(jié)構(gòu)并不發(fā)達(dá)，對(duì)有機(jī)物的吸附也很一般，故而影響了其催化效率，因此對(duì)其進(jìn)行表面改性或是復(fù)合改性來提高催化劑的吸附效率.

通過以上科研人員分別采用SEM和TEM對(duì)二氧化鈦形貌表征的敘述可知，TEM相較于SEM，主要的優(yōu)點(diǎn)為：分辨率更加出色，能觀測(cè)到樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；主要缺點(diǎn)是：制樣麻煩，檢測(cè)費(fèi)用高.因而科研人員需根據(jù)自己所制樣品的情況，采用合適的電鏡法對(duì)樣品進(jìn)行觀測(cè).

4 能譜法

4.1 能量色散譜儀

能量色散譜儀又稱能譜儀（EDS），用來分析材料微區(qū)成分元素的種類和含量.鐘敏[42]采用FEI公司SIRION型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡自帶配套能譜元素分析儀對(duì)樣品進(jìn)行元素分析.測(cè)試可得樣品中含有3種元素：O、Ti和Fe，表明二氧化鈦的納米晶中已經(jīng)摻入了鐵離子.王曉娟[43]利用X射線能譜儀點(diǎn)分析方法對(duì)所制備的WC/TiO2納米復(fù)合材料進(jìn)行成分分析.趙芳[44]對(duì)所制得的復(fù)合材料進(jìn)行能譜元素分析表明Fe元素和N元素存在于TiO2/SiO2復(fù)合材料中，證明溶膠-凝膠法可以制備出共摻雜的復(fù)合材料.

能譜儀（EDS）屬于掃描電鏡的一個(gè)附件，其定性檢測(cè)限要高一點(diǎn)，測(cè)元素含量一般只能達(dá)到2%，另外不能檢測(cè)輕元素，如Li，B.它的優(yōu)點(diǎn)是，可以進(jìn)行樣品的線分布或者點(diǎn)分布的定性和定量測(cè)定，也就是說，可以根據(jù)SEM圖中您想要的位置隨時(shí)選點(diǎn)測(cè)定分析.通過能譜儀對(duì)光催化劑的表征可以更好的了解摻雜改性時(shí)摻雜元素有沒有進(jìn)入被摻雜的催化劑中，有助于后續(xù)的摻雜改性研究.

4.2 X射線光電子能譜法

X射線光電子能譜法（XPS）在鈦系光催化劑中主要應(yīng)用有[45]：①用XPS強(qiáng)度比測(cè)定活性物質(zhì)在載體上的分散狀態(tài)；②對(duì)固體樣品的元素成分進(jìn)行定性、定量或半定量及價(jià)態(tài)的分析.

段曉濤[46]對(duì)所制備的碳膜包覆的二氧化鈦進(jìn)行XPS分析，在200～800 eV范圍內(nèi)出現(xiàn)了O 1s，Ti 2p，和C 1s峰，說明樣品中存在Ti、O和C 3種元素.在對(duì)C 1s的XPS區(qū)間細(xì)掃描時(shí)發(fā)現(xiàn)在結(jié)合能為284.85 eV處出現(xiàn)了一個(gè)較強(qiáng)的吸收峰，在288.6 eV處則出現(xiàn)了一個(gè)較小的吸收峰，因此大部分的C存在于二氧化鈦晶體結(jié)構(gòu)的間隙中，少部分的C則是以化合物的形式存在于物質(zhì)的表面.說明二氧化鈦中的氧原子沒有被C原子所取代.李志杰[47]對(duì)共沉淀法制備的氧化硅改性納米二氧化鈦進(jìn)行XPS分析發(fā)現(xiàn)二氧化硅的加入促使復(fù)合材料中形成了Ti-O-Si鍵，在顆粒表面具有較高濃度的硅原子.呂曉萌[48]采用XPS對(duì)所制備的Cu/TiO2進(jìn)行元素組成分析發(fā)現(xiàn)，Ti2p和O1s的結(jié)合能分別是458.3 eV和529.75 eV，說明它們主要以Ti4+和O2-存在，而在933 eV（CuO）處未發(fā)現(xiàn)吸收峰，表明銅含量太低并進(jìn)一步說明銅在TiO2表面分散的很均勻.Shi[49]利用XPS對(duì)La-Eu/ TiO2樣品進(jìn)行表征顯示，La和Eu原子主要分別以La3+和 Eu3+的價(jià)態(tài)存在，其對(duì)應(yīng)的吸收峰分別為834.2 eV和135.9 eV.

X射線光電子能譜法（XPS）相較于能量色散譜儀（EDS）的檢測(cè)限要更低，0.1%的元素含量就可以被檢測(cè)到，適用于除了H，He以外的所有元素的分析，無需對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理.XPS除了測(cè)定表面元素之外，也可以進(jìn)行樣品元素沿縱深方向的分布情況，即做深度剖析，判斷各元素所處的價(jià)態(tài)，得到同個(gè)元素不同價(jià)態(tài)的比例情況[50]，為摻雜改性機(jī)理的研究提供了更為有利的幫助.

隨著光催化領(lǐng)域研究的不斷深入，XPS用于檢測(cè)催化劑的元素成分及價(jià)態(tài)已得到了相較于EDS更為普遍的使用，可以很好的說明摻雜元素在二氧化鈦中的存在形式，進(jìn)而促進(jìn)摻雜機(jī)理研究的深入.

5 振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)

振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（VSM）適用于對(duì)各種磁性材料（磁性粉末、超導(dǎo)材料、磁性薄膜、各向異性材料、磁記錄材料、塊狀、單晶和液體等材料）的測(cè)量.隨著光催化領(lǐng)域研究的不斷深入，近些年越來越多的科研人員投入到了對(duì)磁性光催化劑的研究中去，一般選用諸如Fe3O4、Fe2O3、尖晶石型（XFe2O4、X一般為Ni、Co、Mn等）[51-53]，故而使用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)對(duì)磁性光催化材料的磁性進(jìn)行檢測(cè)，以表征其在外加磁場(chǎng)作用下回收再利用的難易程度.任學(xué)昌[54]采用VSM-15-55型振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)對(duì) Fe3O4、TiO2/Fe3O4和 TiO2/Al2O3/ Fe3O4進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明所制備的3個(gè)樣品均具有超順磁性，TiO2/Fe3O4和TiO2/Al2O3/Fe3O4的磁化強(qiáng)度均弱于Fe3O4，說明在Fe3O4表面包覆Al2O3和TiO2后影響了樣品的磁化強(qiáng)度，但超順磁性沒有改變，可在外加磁場(chǎng)的作用下對(duì)樣品進(jìn)行回收再利用.孫東峰[16]對(duì)共沉淀法制備的TiO2/CoFe2O4磁性復(fù)合材料進(jìn)行表征發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的磁性相較于CoFe2O4有明顯的衰弱，但并不影響其在磁場(chǎng)的作用下進(jìn)行回收再利用.

鈦系光催化劑與磁性材料的復(fù)合成為了近些年鈦系光催化劑的研究熱點(diǎn)，但是復(fù)合之后磁性的減弱現(xiàn)象和光催化效率的降低，如何解決好這2個(gè)問題將是之后研究的重點(diǎn).

6 熱分析法

熱重分析法（TG）用來研究材料的熱穩(wěn)定性和組分.差熱分析法（DTA）是在一定實(shí)驗(yàn)溫度下不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)和物理變化的穩(wěn)定物質(zhì)（參比物），與等量的未知物在相同環(huán)境中等速變溫的情況下相比較，未知物的任何化學(xué)和物理上的變化，與和它處于同一環(huán)境中的標(biāo)準(zhǔn)物的溫度相比較，都要出現(xiàn)暫時(shí)的增高或降低.降低表現(xiàn)為吸熱反應(yīng)，增高表現(xiàn)為放熱反應(yīng)，兩者一般聯(lián)用.

王海濱[55]對(duì)用溶膠凝膠法制備的介孔納米二氧化鈦進(jìn)行TG-DTA測(cè)試得出TG曲線有2個(gè)階段，分別是：從室溫到280℃吸附水、乙醇的脫附和鈦酸丁酯分解后產(chǎn)生的正丁醇揮發(fā)所致；另一階段是280℃到800℃有機(jī)模板的燃燒和熱分解.對(duì)應(yīng)的DTA曲線中在121.4℃處有一個(gè)凝膠中吸附水、乙醇等脫附所產(chǎn)生的吸熱峰，在367.2℃左右存在一個(gè)由于模板中有機(jī)物的碳化分解所產(chǎn)生的放熱峰.劉趙穹[56]對(duì)采用模板劑法制備的二氧化鈦進(jìn)行熱重差熱分析發(fā)現(xiàn)，在350℃左右存在一個(gè)由銳鈦礦向金紅石相轉(zhuǎn)變引起的放熱峰，并與XRD和比表面積分析的結(jié)果相一致，說明經(jīng)過酸洗脫模板劑的過程后，降低了二氧化鈦相轉(zhuǎn)變的溫度.胡曉洪[57]對(duì)采用沉淀法制備的二氧化鈦前驅(qū)干溶膠熱失重分析發(fā)現(xiàn)，前驅(qū)物的主要失重的溫度集中在50～400℃之間，故認(rèn)為二氧化鈦晶相在400℃時(shí)基本形成.

通過熱分析法表征可知，不同方法制備的鈦系光催化劑的相轉(zhuǎn)變溫度不一樣，說明鈦系光催化劑的結(jié)晶溫度與制備的方法密切相關(guān).通過TG-DTA測(cè)試有助于研究人員今后更好的把握催化劑煅燒過程中煅燒溫度的選擇，從而制備出光催化活性更好的催化劑.

7 結(jié)束語

現(xiàn)代儀器分析技術(shù)具有分析速度快、樣品用量少、精密度高、重復(fù)性好等特點(diǎn)，它在光催化分析領(lǐng)域中已得到十分廣泛的應(yīng)用.隨著科學(xué)工作者對(duì)光催化領(lǐng)域研究的不斷深入，鈦系光催化劑的儀器分析技術(shù)也將越來越受到人們的關(guān)注；改進(jìn)和完善現(xiàn)有的儀器分析技術(shù)，研發(fā)新的儀器聯(lián)用分析技術(shù)、極端條件分析，將更加全面、系統(tǒng)、快速、準(zhǔn)確的對(duì)光催化劑進(jìn)行表征，有力地推動(dòng)光催化工業(yè)的發(fā)展.

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