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2 結(jié)果與討論

2．1 催化劑的電鏡掃描

圖2 是TiO2和GeO2改性TiO2的光催化劑的電鏡掃描照片。由圖2 可見，經(jīng)GeO2改性的TiO2光催化劑的粒徑較TiO2的粒徑明顯變小，分布更為均勻，比表面積會增大，催化劑中有更多的活性較高的微晶粒存在。添加GeO2后可改變催化劑的化學(xué)組成、電子結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)，可明顯地增強(qiáng)銳鈦礦復(fù)合氧化物催化劑的分散特性和吸附性能［10］，使GeO2改性的TiO2光催化劑具有更高的光催化活性。

2．2 表征結(jié)果

圖3 為500℃灼燒后TiO2和經(jīng)GeO2改性TiO2的XRD 圖。由圖3 可見，實驗得到了含有少量金紅石的銳鈦礦TiO2，根據(jù)文獻(xiàn)報道［11，12］，這種晶型的TiO2具有很好的光催化效果。GeO2的摻雜使得2θ= 25°對應(yīng)的銳鈦礦相特征衍射峰變得尖銳且峰值衍射強(qiáng)度增大，根據(jù)Scherer 公式，計算出晶粒尺寸:TiO2的粒徑為9. 4 nm，經(jīng)GeO2改性TiO2的粒徑為8. 6 nm。粒徑減小使得TiO2的比表面積增大，更有利于紫外光照射以及催化劑與降解物的接觸。另外，當(dāng)粒徑小于10 nm，光生電子和空穴從TiO2內(nèi)部擴(kuò)散到表面的時間較短，它們在TiO2內(nèi)部復(fù)合的幾率較小，到達(dá)表面的電子和空穴數(shù)量增多，從而提高了GeO2改性TiO2的光催化活性。

2．3 GeO2的復(fù)合量對降解效果的影響

GeO2的復(fù)合量對TiO2催化降解活性紅染料廢水的影響見圖4。

由圖4 可以看出，在25 kHz 的超聲波作用下，與純銳鈦礦型TiO2相比，GeO2改性TiO2的催化性能普遍提高。復(fù)合量從0．1% 到2% 是催化性能提高階段，而超過2% 之后，隨著GeO2復(fù)合量的繼續(xù)加入催化性能又有所降低。GeO2改性TiO2后，由于Ge 離子存在2 種氧化態(tài)，在捕獲載流子方面，既可以成為空穴的淺勢捕獲陷阱，也可以成為電子的淺勢捕獲陷阱，同時Ge 離子在光生電子的捕獲和捕獲電子向界面吸附氧傳遞的過程中，抑制了電子和空穴的復(fù)合。因此Ge 離子復(fù)合有利于提高TiO2的光催化性能。當(dāng)復(fù)合量小于最佳量時，隨著復(fù)合量的增加，復(fù)合離子提供的捕獲陷阱數(shù)隨之增加，對電子-空穴的復(fù)合抑制能力增強(qiáng)，光催化性能隨之改善; 但當(dāng)復(fù)合量大于最佳值時，由于捕獲流子的捕獲位間距離變小，復(fù)合的Ge 離子演變?yōu)橹行碾娮拥目昭ǖ膹?fù)合中心，而且過大的復(fù)合量也可能使復(fù)合離子在TiO2中達(dá)到飽和而產(chǎn)生新的晶相，減小了TiO2的有效面積，從而降低了TiO2催化效率。因此，Ge 離子復(fù)合量存在一個最佳值。