王輝 鄧黃秀 郝仕油

(1浙江師范大學(xué)行知學(xué)院，金華321004)(2浙江師范大學(xué)生化學(xué)院，金華321004)

加熱方式及原料配比對(duì)介孔CeO2結(jié)構(gòu)及其光催化性能的影響

王輝2鄧黃秀2郝仕油＊,1

(1浙江師范大學(xué)行知學(xué)院，金華321004)
(2浙江師范大學(xué)生化學(xué)院，金華321004)

以P123(聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物)為模板劑，Ce(NO3)3為反應(yīng)原料，通過(guò)考察加熱方式、加熱溫度、原料配比等因素，合成了結(jié)構(gòu)性能較好、表面羥基含量較高的介孔CeO2材料。利用XRD，N2吸附-脫附，TEM，Raman，F(xiàn)T-IR等技術(shù)對(duì)合成樣品的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了表征，結(jié)果表明，當(dāng)P123與Ce(NO3)3物質(zhì)的量之比為1∶10，在110℃水熱下合成的CeO2結(jié)構(gòu)性能最好。以酸性橙7(AO7)為探針?lè)肿樱瑢?duì)合成介孔CeO2的光催化性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。光催化結(jié)果證明，由于表面羥基含量較高、介孔及氧缺位的形成，所合成結(jié)構(gòu)性能較好的CeO2，利用可見(jiàn)光可徹底催化降解溶液中的AO7。

合成因素；介孔CeO2；吸附；光催化；酸性橙7

0 引言

我國(guó)是酸性染料生產(chǎn)大國(guó)，且產(chǎn)量逐年增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在生產(chǎn)和染色過(guò)程中，分別大約有1%～2%和1%～10%的未經(jīng)嚴(yán)格處理的酸性染料隨廢水進(jìn)入環(huán)境中[1]，不但造成受納水體和環(huán)境的嚴(yán)重污染，而且通過(guò)滲透或淋溶作用，對(duì)地下水及地表水造成次生污染，給人體及生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。因此，如何采用相應(yīng)方法，降低環(huán)境中酸性染料濃度，對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、人類健康生活、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展都具有重要作用。

由于具有操作簡(jiǎn)便、選擇性低、吸附量高等優(yōu)點(diǎn)，吸附法在去除酸性染料方面曾備受青睞[2-3]。然而，吸附法只能把酸性染料從液相轉(zhuǎn)移至固相吸附劑，在重復(fù)使用吸附劑時(shí)可能存在二次污染。為了徹底消除酸性染料隱患，光催化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，因?yàn)樗梢园讶玖辖到鉃闊o(wú)色、無(wú)危害的物質(zhì)，如水、二氧化碳等。在所有的光催化劑中，TiO2研究較多[4-6]。然而，TiO2主要吸收紫外光(僅占可見(jiàn)光5%左右)，使其在實(shí)際應(yīng)用中受到較大限制[7]。因此，尋求其它高效光催化劑迫在眉睫。

作為n型半導(dǎo)體，CeO2與TiO2都具有寬禁帶(3.1 eV左右)、無(wú)毒性、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，且CeO2具有潛在可見(jiàn)光吸收[8]、結(jié)構(gòu)獨(dú)特、Ce3+/Ce4+可逆轉(zhuǎn)換等性能，因而在光催化領(lǐng)域(特別是利用可見(jiàn)光催化降解有機(jī)污染物方面)可發(fā)揮重要作用。通過(guò)光催化機(jī)理研究，Ji等發(fā)現(xiàn)酸性橙7(AO7)在CeO2表面吸附至關(guān)重要，因?yàn)橹挥写呋瘎┍砻鍭O7被光激化后才能傳遞電子至Ce的4f軌道，然后把電子傳遞至CeO2表面的O2，形成活性物種O2·-，對(duì)AO7進(jìn)行氧化降解[9-10]。在后續(xù)研究中，該課題組相關(guān)成員進(jìn)一步證明酸性染料吸附量對(duì)催化降解效率的重要性[11]。為了提高可見(jiàn)光吸收，通常采用摻雜[12]、形成介孔[13]改變CeO2結(jié)構(gòu)，從而提高其光催化降解染料效率。目前，大部分CeO2基光催化劑通過(guò)煅燒方式獲得，導(dǎo)致其表面有機(jī)官能團(tuán)含量降低，致使染料吸附量降低，從而嚴(yán)重影響光催化效率。近期，本課題組以P123為模板劑，通過(guò)低溫(100℃)水熱及乙醇萃取法合成了不同F(xiàn)e摻雜介孔CeO2材料，由于該介孔材料表面富含羥基，致使染料(羅丹明B)吸附量增加，因而極大提高了CeO2的光催化效率[14]。

既然提高表面羥基含量有助于染料吸附，從而提高光催化效率，那么表面羥基含量受什么因素影響呢?據(jù)理論分析可知，材料表面羥基含量與反應(yīng)原料配比、反應(yīng)溫度密切相關(guān)。因此，本研究以P123為模板劑，Ce(NO3)3為反應(yīng)原料，合成介孔CeO2材料，考察P123與Ce(NO3)3配比、加熱方式(水浴加熱及水熱反應(yīng))及其溫度對(duì)合成材料光催化降解AO7效率的影響。結(jié)果證明，采用合適的原料配比及水熱溫度，有利于介孔材料結(jié)構(gòu)改善及表面羥基含量提高，增加催化劑對(duì)可見(jiàn)光的吸收及對(duì)酸性染料的吸附，進(jìn)而提高光催化降解效率。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 藥品與材料合成

P123(化學(xué)純，美國(guó)Sigma公司)，Ce(NO3)3·6H2O (分析純，上海國(guó)藥化學(xué)試劑集團(tuán))，無(wú)水乙醇(分析純，上海國(guó)藥化學(xué)試劑集團(tuán))，NH3·H2O(質(zhì)量百分比為28%，上海國(guó)藥化學(xué)試劑集團(tuán))，H2O2(質(zhì)量百分比為30%，上海國(guó)藥化學(xué)試劑集團(tuán))，酸性橙7(化學(xué)純，天津天順化工染料有限公司)，二次蒸餾水(自制)，體相CeO2(質(zhì)量百分比為99.9%，上海國(guó)藥化學(xué)試劑集團(tuán))，1，4-對(duì)本醌(分析純，上海國(guó)藥化學(xué)試劑集團(tuán))。

取1.16 g(0.2 mmol)P123溶于15 mL C2H5OH和7.5 mL去離子水中，40℃水浴攪拌40 min，形成溶液A；取1.736 g(4 mmol)Ce(NO3)3·6H2O溶于7.5 mL去離子水中，形成溶液B；把溶液B滴加至溶液A中，邊滴加邊攪拌，60 min后形成混合溶液；用一定濃度的NH3·H2O調(diào)節(jié)混合溶液pH值為9～10，繼續(xù)攪拌20 min；室溫下滴加5 mL 30%H2O2后，混合溶液轉(zhuǎn)移至帶聚四氟乙烯內(nèi)襯不銹鋼反應(yīng)釜中，經(jīng)不同溫度(90、110、120℃)水熱反應(yīng)24 h、冷卻、抽濾洗滌(水洗、乙醇洗滌各2次)、干燥后，獲得氧化鈰前驅(qū)體。前軀體經(jīng)無(wú)水乙醇萃取除去P123后，即得介孔CeO2材料(1 g前驅(qū)物對(duì)應(yīng)于80 mL無(wú)水乙醇，80℃回流12 h，回流萃取2次)。為了考察實(shí)驗(yàn)因素對(duì)介孔材料結(jié)構(gòu)及羥基含量影響，本研究采用P123與Ce(NO3)3·6H2O物質(zhì)的量比值分別1∶10，1∶20，1∶30的反應(yīng)原料及水浴加熱方式(90℃)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

1.2 樣品表征

XRD圖在X射線衍射儀(PW3040/60型)上獲得，Cu Kα(λ=0.154 06 nm)，40 kV，40 mA，掃描速度6°·min-1，掃描區(qū)間0.5°～5°。-196℃時(shí)N2吸附-脫附等溫線在ASAP 2020型(美國(guó)Micromeritics公司)氣體吸附儀上獲得，測(cè)試壓力范圍為0.01～101 kPa。采用BET方法計(jì)算比表面積，利用吸附等溫線數(shù)據(jù)和BJH方法計(jì)算孔徑分布。TEM圖像在透射電子顯微鏡(JEM-1230型，日本JEOL公司)上獲得，工作電壓為200 kV。拉曼數(shù)據(jù)在Renishaw公司RM1000型顯微共聚焦激光拉曼光譜儀上獲得，激光波長(zhǎng)(He-Ne，ca.3 mW)為632.8 nm，掃描范圍為200～700 cm-1。紫外-可見(jiàn)光吸收實(shí)驗(yàn)在Nicolet Evlution 500雙光束型光譜儀上進(jìn)行，掃描速率為240 nm·min-1，掃描范圍200～800 nm。原位紅外光譜圖在Nicolet NEXUS670型傅立葉變換紅外光譜儀上進(jìn)行，采用KBr壓片法，利用MCT檢測(cè)器檢測(cè)光譜信號(hào)，檢測(cè)前樣品在120℃下預(yù)處理2 h，以除去表面吸附水及其它不純物質(zhì)。

1.3 光催化實(shí)驗(yàn)

取0.05 g催化劑(介孔CeO2)，50 mL AO7(0.05 mmol·L-1)溶液置于100 mL小燒杯中，磁力攪拌形成懸濁液后，用0.1 mol·L-1HCl或NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值。室溫避光攪拌1 h后，滴加0.5 mL 30% H2O2，在自然光下繼續(xù)攪拌一定時(shí)間后，取上層清液離心，在AO7最大吸收波長(zhǎng)484 nm處檢測(cè)吸光度，根據(jù)方程式(1)計(jì)算AO7降解率。

式中A0、A分別為光催化前后AO7溶液的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品結(jié)構(gòu)性能表征

圖1為水浴與水熱法合成CeO2樣品(反應(yīng)原料P123與Ce(NO3)3的物質(zhì)的量之比為1∶20)的XRD和N2吸附-脫附圖。據(jù)圖1a可知，兩種加熱方式獲得的樣品均為立方CeO2結(jié)構(gòu)，因?yàn)榫嗯cICDD卡(立方CeO2，PDF No.81-0792)比較后發(fā)現(xiàn)，衍射峰位置相同；而經(jīng)水浴加熱合成樣品的XRD相應(yīng)衍射峰強(qiáng)度低于水熱合成樣品的，且在高對(duì)稱晶面(400)，(331)，(420)處衍射峰不明顯，證明水熱加熱方式有利于CeO2晶體生長(zhǎng)，因?yàn)樗疅岱磻?yīng)在相同溫度下可產(chǎn)生較大壓力；此外，提高水熱溫度可提高衍射峰強(qiáng)度(對(duì)照曲線2與3)，但繼續(xù)提高溫度，衍射峰強(qiáng)度變化不明顯。從圖1b可知，實(shí)驗(yàn)所得N2吸附-脫附等溫線為Ⅳ型，證明樣品為介孔結(jié)構(gòu)，且在水熱環(huán)境中生長(zhǎng)的晶體中P123含量較大，因?yàn)檩腿∪コ０鍎┖髽悠穼?duì)N2的吸附量較高，進(jìn)一步證明水熱條件有助于CeO2晶體生長(zhǎng)；當(dāng)提高水熱溫度至110℃后，樣品對(duì)N2的吸附量略有提高，但水熱溫度超過(guò)110℃時(shí)，所合成樣品的N2吸附量有所降低(如120℃時(shí)所合成樣品的N2吸附量為112 cm3·g-1，低于110℃時(shí)的117 cm3·g-1)，證明合適的溫度有利于P123與CeO2前軀體結(jié)合。根據(jù)XRD與N2吸附-脫附結(jié)果，本研究確定水浴加熱溫度為110℃較合適。

據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程可知，P123首先溶解在乙醇水溶液中，當(dāng)加入Ce(NO3)3溶液后，它與Ce3+，NH3·H2O相結(jié)合，并在H2O2作用下形成CeO2前軀體，前軀體經(jīng)乙醇萃取除去P123后獲得介孔CeO2材料。在上述反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)原料P123與Ce(NO3)3配比對(duì)最終介孔材料結(jié)構(gòu)具有重要影響。據(jù)此，本研究分別在P123與Ce(NO3)3物質(zhì)的量比值為1∶10，1∶20，1∶30情況下合成了CeO2樣品。不同物質(zhì)的量比值下合成樣品的XRD圖譜(圖2a)基本一致，但N2吸脫附等溫線形狀(圖2b)略有差別，且不同樣品對(duì)N2的吸附量不同。據(jù)圖2b可知，當(dāng)P123與Ce(NO3)3物質(zhì)的量比值較大(即P123含量較高)時(shí)，所得樣品對(duì)N2的吸附量較高，相應(yīng)比表面積較大(圖2樣品1、2、3的比表面積分別為124、95、68 m2·g-1，最可幾孔徑分別為3.4、5.6、4.8 nm)。繼續(xù)提高原料中P123含量(當(dāng)P123與Ce(NO3)3物質(zhì)的量比值為1∶5時(shí))后，所獲得前驅(qū)物非常難過(guò)濾，可能原因是產(chǎn)物為無(wú)定型。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明反應(yīng)原料中P123含量對(duì)CeO2前軀體性能影響較大，當(dāng)其含量過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致預(yù)產(chǎn)物晶化過(guò)低；而當(dāng)其含量過(guò)低時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物比表面積過(guò)低，不利于光催化效率提高。從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，P123與Ce(NO3)3物質(zhì)的量比值為1∶10時(shí)，所合成介孔產(chǎn)物結(jié)構(gòu)最好。

圖1 不同加熱方式下合成CeO2樣品的XRD(a)和N2吸附-脫附(b)圖Fig.1XRD patterns(a)and N2adsorption-desorption isotherms(b)of CeO2samples synthesized by different heating model

圖2 110℃,在不同P123與Ce(NO3)3物質(zhì)的量之比下合成CeO2樣品的XRD(a)和N2吸附-脫附(b)圖Fig.2XRD patterns(a)and N2adsorption-desorption isotherms(b)of CeO2samples synthesized by different molar ratios of P123 to Ce(NO3)3at the temperature of 110℃

為了證明萃取能有效去除模板劑P123，本研究對(duì)前驅(qū)物進(jìn)行了煅燒實(shí)驗(yàn)(450℃煅燒2 h)，所獲得樣品的N2吸脫附等溫線見(jiàn)圖3a。據(jù)圖3a可知，萃取與煅燒所獲得樣品的N2吸脫附等溫線形狀基本相同，且N2吸附量相當(dāng)，證明乙醇可有效去除模板劑。此外，用萃取方法獲得樣品的小角度XRD峰型與用煅燒法獲得樣品的一致(詳見(jiàn)圖3b)，說(shuō)明晶體結(jié)構(gòu)一致。為了進(jìn)一步證明晶體結(jié)構(gòu)的一致性，本研究還對(duì)2種方法所合成的樣品進(jìn)行了TEM測(cè)試(詳見(jiàn)圖4)。據(jù)圖4可知，用煅燒和萃取法獲得樣品的微觀結(jié)構(gòu)基本相同，為類蛀洞狀介孔結(jié)構(gòu)[15]。

眾所周知，催化劑對(duì)光響應(yīng)情況直接影響其光催化效率。圖5為體相與介孔CeO2的紫外-可見(jiàn)光反射及其光學(xué)帶隙圖。據(jù)圖5a可知，體相CeO2(b-CeO2)的光吸收強(qiáng)度低于介孔CeO2(m-CeO2)的，且形成介孔后有利于可見(jiàn)光的吸收。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道可知，當(dāng)形成介孔結(jié)構(gòu)后，可提高材料比表面積，使光在介孔材料內(nèi)可進(jìn)行多次散射，因而吸收度增加[16]。由于對(duì)光吸收程度增加，m-CeO2的禁帶寬度(2.7 eV)低于b-CeO2的(3.1 eV)，相應(yīng)結(jié)果見(jiàn)圖5b。材料禁帶寬度利用方程式(αhν)n=k(hν-Eg)[17]計(jì)算，式中α為吸收系數(shù)，k為與有效質(zhì)量相關(guān)的參數(shù)，n為1/2(當(dāng)電子直接躍遷時(shí))，hν為吸收能，Eg為禁帶寬度。

圖3 110℃,P123與Ce(NO3)3物質(zhì)的量之比為1∶10下合成CeO2樣品的N2吸附-脫附(a)和小角度XRD(b)圖Fig.3N2adsorption-desorption isotherms(a)and low-angle XRD patterns(b)of CeO2samples synthesized by the molar ratios of P123 to Ce(NO3)3of 1∶10 at the temperature of 110℃

體相與介孔CeO2的Raman光譜曲線見(jiàn)圖6。據(jù)圖6可知，b-CeO2在465 cm-1左右處有一尖銳峰，此峰歸屬于F2g模式的拉曼活性振動(dòng)，與螢石結(jié)構(gòu)振動(dòng)相似；m-CeO2除在465 cm-1處有一F2g模式振動(dòng)峰外，在597 cm-1左右處還有一寬肩峰，此峰是由氧缺位所致[18]，而氧缺位形成的可能原因是介孔CeO2(特別是由萃取獲得樣品)中存在少量Ce3+取代Ce4+后所致[19]。據(jù)文獻(xiàn)[20]可知，由于氧缺位能級(jí)(由氧缺位組成)介于Ce4f軌道與CeO2價(jià)帶之間，導(dǎo)致m-CeO2禁帶寬度小于b-CeO2的，因而利于m-CeO2對(duì)可見(jiàn)光的吸收。

圖4 煅燒(a)與萃取(b)獲得CeO2樣品的TEM圖Fig.4TEM images of CeO2samples synthesized by calcination(a)and extraction(b)

圖5 體相與介孔CeO2的紫外-可見(jiàn)光吸收(a)及其光學(xué)帶隙(b)圖譜Fig.5UV-Vis spectra(a)and optical absorption edges(b)of bulk CeO2and mesoporous CeO2

圖6 體相與介孔CeO2的Raman光譜圖Fig.6Raman spectra of bulk ceria(b-CeO2)and mesoporous ceria(m-CeO2)

2.2 光催化性能

在不同P123與Ce(NO3)3物質(zhì)的量比值條件下，110℃水熱合成的介孔氧化鈰與體相氧化鈰對(duì)0.05 mmol·L-1AO7光催化降解情況見(jiàn)圖7。據(jù)圖7可知，當(dāng)pH=5時(shí)，m-CeO2的光催化降解效率高于b-CeO2，因?yàn)樾纬山榭缀?，氧化鈰比表面積增加(本研究中采用的b-CeO2比表面積為3 m2·g-1)，催化劑對(duì)光吸收強(qiáng)度提高(詳見(jiàn)圖5)。此外，由萃取方法獲得的m-CeO2中具有一定濃度的氧缺位，而氧缺位有助于H2O2在催化劑表面吸附，產(chǎn)生相應(yīng)活性物種(如O2，O2·-，OH·等)對(duì)AO7進(jìn)行光催化降解[20]。由于氧缺位帶負(fù)電，可使空穴向它定向移動(dòng)，所以對(duì)光生電子與空穴的有效分離可起重要作用，從而提高m-CeO2的光催化效率。對(duì)比分析圖7中相關(guān)曲線走勢(shì)可知，隨著反應(yīng)原料中P123含量增加，所合成m-CeO2的光催化效率提高。為了解釋此現(xiàn)象，本研究對(duì)不同物質(zhì)量比值下所合成樣品進(jìn)行了原位紅外實(shí)驗(yàn)，結(jié)果詳見(jiàn)圖8a。據(jù)圖8a可知，所有樣品在2 400～4 000cm-1范圍內(nèi)出現(xiàn)吸收峰，此峰歸屬于水和材料表面羥基伸縮振動(dòng)[21]，由于吸附水在實(shí)驗(yàn)前已被除去，所以此波段內(nèi)出現(xiàn)的峰主要為m-CeO2表面上羥基振動(dòng)所致。當(dāng)P123含量增加，材料表面羥基濃度相應(yīng)提高，在一定條件下對(duì)AO7吸附量也相應(yīng)提高(詳見(jiàn)圖8b)，所以催化劑光催化效率提高[14]。為了研究H2O2在光催化中的作用，本研究進(jìn)行了對(duì)照實(shí)驗(yàn)(只加H2O2，不加催化劑，其它實(shí)驗(yàn)條件不變)，結(jié)果證明H2O2在相同實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)AO7無(wú)明顯催化作用，與我們前期工作結(jié)果相似[20]。

圖7 pH=5時(shí)不同催化劑對(duì)0.05 mmol·L-1AO7的光催化降解性能(催化時(shí)間:2 h)Fig.7Degradation of 0.05 mmol·L-1AO7 over different CeO2catalysts under daylight irradiation at pH of 5(catalytic time:2 h)

圖8 不同P123與Ce(NO3)3物質(zhì)量比值下合成m-CeO2的原位紅外光譜圖(a)及它們暗反應(yīng)吸附AO7 1 h后的紫外可見(jiàn)光譜圖(b)Fig.8In situ FT-IR spectra of m-CeO2prepared by different molar ratios of P123 to Ce(NO3)3(a), UV-vis spectra of AO7 aqueous solution after adsorption on m-CeO2for 1 h(b)

催化體系酸堿性對(duì)催化劑表面羥基性能影響較大，從而影響光催化降解效率。不同pH值對(duì)CeO2光催化效率影響情況見(jiàn)圖9，據(jù)圖9可知：pH＞6.8時(shí)的光催化效率小于pH＜6.8的；當(dāng)pH值位于5～7之間時(shí)，隨著pH值增加，光催化效率降低；當(dāng)pH＜5時(shí)，隨著pH值減小，光催化效率也有所降低。出現(xiàn)以上現(xiàn)象的主要原因是：CeO2的等電點(diǎn)為6.8[9]，當(dāng)pH＜6.8時(shí)，隨著pH值降低，CeO2表面羥基不斷質(zhì)子化形成-OH2+，與AO7中的磺酸基(-SO3-)以靜電作用相結(jié)合，因而提高催化劑對(duì)AO7的吸附，所以光催化效率提高；而當(dāng)pH＜5時(shí)，隨著體系酸性增加，AO7中的磺酸基也可質(zhì)子化，削弱催化劑與AO7間的靜電引力，導(dǎo)致光催化效率降低。因此，本研究合成的介孔CeO2對(duì)AO7光催化效率的最佳pH值為5。

圖9 pH值對(duì)CeO2光催化效率的影響(催化時(shí)間:2 h)Fig.9Effect of pH values on the photocatalytic efficiency of CeO2(catalytic time:2 h)

為了證明AO7是被介孔CeO2光催化降解，而不是被吸附，本研究對(duì)AO7、CeO2、光催化降解后回收的CeO2進(jìn)行了紅外光譜分析，結(jié)果見(jiàn)圖10a。據(jù)圖10a可知，回收CeO2的相關(guān)紅外峰與初始CeO2的基本一致，并未發(fā)現(xiàn)AO7的相關(guān)特征峰。因此，紅外分析表明AO7確實(shí)是被光催化降解。為了確定光催化活性物種，本研究在催化體系中加入不同活性物種捕獲劑，結(jié)果表明1，4-對(duì)苯醌(超氧自由基捕獲劑)對(duì)AO7的光催化降解影響較大，具體見(jiàn)圖10b。據(jù)此，本研究認(rèn)為超氧自由基是光催化降解AO7的主要活性物種。

圖10 AO7,m-CeO2和光催化后m-CeO2的紅外光譜(a),C6H4O2對(duì)AO7光催化影響圖(b)Fig.10FT-IR spectra of AO7,m-CeO2and the regenerated m-CeO2(a),effect of C6H4O2on AO7 photocatalytic degradation(b)

3 結(jié)論

通過(guò)考察影響介孔CeO2結(jié)構(gòu)及其光催化性能因素(加熱方式、加熱溫度、P123與Ce(NO3)3物質(zhì)的量比值)可知：水熱加熱方式有利于CeO2晶體生長(zhǎng)，當(dāng)P123與Ce(NO3)3物質(zhì)的量之比為1∶10，在110℃水熱下合成的CeO2結(jié)構(gòu)性能較好，表面羥基含量較高，因而光催化效果較佳。由于介孔有利于可見(jiàn)光吸收，所以介孔CeO2在可見(jiàn)光作用下對(duì)AO7有較好的催化效果。此外，介孔CeO2中形成的氧缺位有利于相關(guān)活性物種產(chǎn)生，因而導(dǎo)致光催化效率提高。

[1]Forgacs E,Cserhati T,Oros G.Environ.Int.,2004,30:953-971

[2]Li J,Ng D H L,Song P,et al.J.Ind.Eng.Chem.,2015,23: 290-298

[3]HAO Shi-You(郝仕油),DENG Huang-Xiu(鄧黃秀),ZHANG Guo-Dong(章國(guó)棟).Chinese J.Inorg.Chem.(無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)),2016,32:233-240

[4]Mao J,Lu H B,Habibi D,et al.Clean-Soil Air Water,2015, 43:1037-1043

[5]Dávila-Jiméneza M M,Elizalde-Gonzálezb M P,Díazb E G, et al.Appl.Catal.B:Environ.,2015,166-167:241-250

[6]Muthirulann P,Nirmala Devi C,MeenakshiSundaram M. Ceram.Int.,2014,40:5945-5957

[7]Silva A M T,Silva C G,Drazic G,et al.Catal.Today,2009, 144:13-18

[8]Fallah J E,Hilaire L,Romeo M,et al.J.Electron.Spectrosc. Relat.Phenom.,1995,73:89-103

[9]Ji P,Zhang J,Chen F,et al.Appl.Catal.B:Environ,2009,85: 148-154

[10]Ji P,Wang L,Chen F.ChemCatChem,2010,2:1552-1554

[11]Chen F,Shen X,Wang Y,et al.Appl.Catal.B:Environ., 2012,121-122:223-229

[12]Hu S,Zhou F,Wang L,et al.Catal.Commun.,2011,12:794 -797

[13]Ji P,Zhang J,Chen F,et al.J.Phys.Chem.C,2008,112: 17809-17813

[14]Hao S,Hou J,Aprea P,et al.Ind.Eng.Chem.Res.,2014, 53:14617-14622

[15]Kim S N,Son W J,Choi J S,et al.Microporous Mesoporous Mater.,2008,115:497-503

[16]Yu J C,Wang X C,Fu X Z.Chem.Mater.,2004,16:1523-1530

[17]Yoon M,Seo M,Jeong C,et al.Chem.Mater.,2005,17: 6069-6079

[18]Keramidas V G,White W B.J.Chem.Phys.,1973,59:1561-1562

[19]Hao S,Hou J,Aprea P,et al.Ceram.Int.,2016,42:7440-7446

[20]Hao S,Hou J,Aprea P,et al.Appl.Catal.B:Environ., 2014,160-161:566-573

[21]Pan D,Yuan P,Zhao L,et al.Chem.Mater.,2009,21:5413-5425

Efffect of Heating Model and Raw Material Ratios on the Structure and Photocatalytic Properties of Mesoporous CeO2

WANG Hui2DENG Huang-Xiu2HAO Shi-You＊,1
(1Xingzhi College,2College of Chemistry and Life Sciences,Zhejiang Normal University,Jinhua,Zhejiang 321004,China)

Mesoporous CeO2materials with good structural properties and high loading of surface hydroxyl groups were synthesized using P123 as template and Ce(NO3)3as raw material via investigating the heating models,heating temperature and the ratios of raw material.The synthesized materials were characterized by XRD,N2adsorptiondesorption,TEM,Raman,and FT-IR technologies and the results showed that the structural properties of mesoporous CeO2prepared using the molar ratio of P123 to Ce(NO3)3of 1∶10 as reactants at the temperature of 110℃hydrothermal heating is the best.The photocatalytic performance of mesoporous CeO2was evaluated by the degradation of acid orange 7(AO7)from aqueous solution.The photocatalytic results presented that AO7 can be thoroughly degraded by the resulted mesoporous CeO2under the irradiation of visible light due to the high loading of hydroxyl groups and the formation of mesopores and oxygen vacancies.

synthetic factors;mesoporous CeO2;adsorption;photocatalysis;acid orange 7

O614.13；TF123.7

A

1001-4861(2017)02-0285-07

10.11862/CJIC.2017.040

2016-07-24。收修改稿日期：2016-12-12。

浙江省自然科學(xué)基金(No.LY14B070006，Y4110289)資助項(xiàng)目。＊

。E-mail：sky54@zjnu.cn