Abstract Cu and N-doped TiO2 photocatalysts were synthesized from titanium (IV) isopropoxide via a microwave-assisted sol-gel method. The synthesized materials were characterized by X-ray diffraction, UV-vis diffuse reflectance, photoluminescence (PL) spectroscopy, SEM, TEM, FT-IR, Raman spectroscopy, photocurrent measurement technique, and nitrogen adsorption–desorption isotherms. Raman spectra and XRD showed an anatase phase structure. The SEM and TEM images revealed the formation of an almost spheroid mono disperse TiO2 with particle sizes in the range of 9-17 nm. Analysis of N2 isotherm measurements showed that all investigated TiO2 samples have mesoporous structures with high surface areas. The optical absorption edge for the doped TiO2 was significantly shifted to the visible light region. The photocurrent and photocatalytic activity of pure and doped TiO2 were evaluated with the degradation of methyl orange (MO) and methylene blue (MB) solution under both UV and visible light illumination. The doped TiO2 nanoparticles exhibit higher catalytic activity under each of visible light and UV irradiation in contrast to pure TiO2. The photocatalytic activity and photocurrent ability of TiO2 have been enhanced by doping of the titania in the following order: (Cu, N) - codoped TiO2 > N-doped TiO2 > Cu-doped TiO2 > TiO2. COD result for (Cu, N)-codoped TiO2 reveals ∼92% mineralization of the MO dye on six h of visible light irradiation.

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微波辅助溶胶-凝胶法制备氮铜掺杂二氧化钛纳米粒子的光催化活性

摘要 以异丙醇钛 (IV) 为原料，采用微波辅助溶胶-凝胶法合成了 Cu 和 N 掺杂的 TiO2 光催化剂。合成的材料通过 X 射线衍射、紫外-可见漫反射、光致发光 (PL) 光谱、SEM、TEM、FT-IR、拉曼光谱、光电流测量技术和氮吸附-解吸等温线进行表征。拉曼光谱和 XRD 显示锐钛矿相结构。SEM 和 TEM 图像显示形成了粒径在 9-17 nm 范围内的几乎球状的单分散 TiO2。N2 等温线测量分析表明，所有研究的 TiO2 样品都具有高表面积的介孔结构。掺杂的 TiO2 的光学吸收边显着转移到可见光区域。在紫外和可见光照射下，通过甲基橙 (MO) 和亚甲蓝 (MB) 溶液的降解来评估纯二氧化钛和掺杂二氧化钛的光电流和光催化活性。与纯 TiO2 相比，掺杂的 TiO2 纳米颗粒在可见光和紫外线照射下均表现出更高的催化活性。通过按以下顺序掺杂二氧化钛，TiO2 的光催化活性和光电流能力得到增强：(Cu, N) - 共掺杂 TiO2 > N 掺杂 TiO2 > Cu 掺杂 TiO2 > TiO2。(Cu, N) 共掺杂的 TiO2 的 COD 结果表明，在 6 小时的可见光照射下，MO 染料的矿化率约为 92%。与纯 TiO2 相比，掺杂的 TiO2 纳米颗粒在可见光和紫外线照射下均表现出更高的催化活性。通过按以下顺序掺杂二氧化钛，TiO2 的光催化活性和光电流能力得到增强：(Cu, N) - 共掺杂 TiO2 > N 掺杂 TiO2 > Cu 掺杂 TiO2 > TiO2。(Cu, N) 共掺杂的 TiO2 的 COD 结果表明，在 6 小时的可见光照射下，MO 染料的矿化率约为 92%。与纯 TiO2 相比，掺杂的 TiO2 纳米颗粒在可见光和紫外线照射下均表现出更高的催化活性。通过按以下顺序掺杂二氧化钛，TiO2 的光催化活性和光电流能力得到增强：(Cu, N) - 共掺杂 TiO2 > N 掺杂 TiO2 > Cu 掺杂 TiO2 > TiO2。(Cu, N) 共掺杂的 TiO2 的 COD 结果表明，在可见光照射 6 小时后，MO 染料的矿化率约为 92%。