Nd掺杂TiO2催化剂的制备及降解丙酸的研究

《Nd掺杂TiO2催化剂的制备及降解丙酸的研究》是一篇关于新型光催化剂制备及其在有机污染物降解中应用的研究论文。该研究聚焦于通过Nd（钕）元素对TiO2（二氧化钛）进行掺杂，以提高其光催化性能，并探索其在降解丙酸等有机污染物方面的潜力。

在光催化技术中，TiO2因其良好的化学稳定性、无毒性和较强的氧化能力而被广泛应用于废水处理领域。然而，纯TiO2的禁带宽度较大，通常只能吸收紫外光，导致其在可见光下的催化效率较低。为了克服这一限制，研究人员尝试通过掺杂其他金属或非金属元素来改善TiO2的光响应范围和催化活性。

本研究采用溶胶-凝胶法合成了Nd掺杂的TiO2催化剂。该方法具有操作简便、产物均匀性好等优点。实验过程中，通过控制Nd的掺杂量，制备出不同浓度的Nd-TiO2样品，并对其结构、形貌和光学性质进行了表征。

研究结果表明，Nd的掺杂有效降低了TiO2的禁带宽度，使其能够更有效地吸收可见光。同时，Nd的引入还促进了电子-空穴对的分离，提高了光催化反应的效率。此外，Nd的掺杂还增强了TiO2的表面活性位点数量，进一步提升了其对有机污染物的吸附和降解能力。

为了评估Nd-TiO2催化剂的降解性能，研究者选取了丙酸作为目标污染物进行实验。丙酸是一种常见的有机酸，在工业废水和农业废水中较为常见，具有一定的环境危害性。实验结果显示，Nd-TiO2催化剂在可见光照射下对丙酸表现出良好的降解效果，降解率显著高于未掺杂的TiO2。

研究还探讨了不同因素对催化降解效果的影响，包括Nd的掺杂浓度、光照时间、溶液pH值以及催化剂用量等。实验发现，当Nd的掺杂量为1.0 wt%时，催化剂的光催化活性达到最佳状态。此外，随着光照时间的延长，丙酸的降解率逐渐升高，说明光催化反应具有良好的动力学特性。

在机理研究方面，论文通过紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和X射线光电子能谱（XPS）分析了Nd掺杂对TiO2电子结构的影响。结果表明，Nd的掺杂不仅改变了TiO2的能带结构，还可能在TiO2晶格中形成新的电子态，从而促进光生载流子的迁移和复合过程的抑制。

此外，研究者还利用自由基捕获实验进一步验证了光催化降解丙酸的主要活性物种。实验结果表明，·OH（羟基自由基）和·O2^-（超氧自由基）是主要的氧化剂，它们在降解过程中起到了关键作用。

综上所述，《Nd掺杂TiO2催化剂的制备及降解丙酸的研究》通过系统的实验设计和深入的机理分析，证实了Nd掺杂对TiO2光催化性能的显著提升。该研究不仅为开发高效、稳定的光催化剂提供了理论依据，也为实际应用中的有机污染物治理提供了新的思路和技术支持。