锰离子控制掺杂二氧化钛薄膜光催化活性增强的机理探讨

采用溶胶-凝胶法通过工艺控制制备了锰离子以不同形式掺杂TiO₂的光催化剂薄膜,并通过XPS和SEM对薄膜的结构进行表征.通过UV-Vis分光光度计及电化学工作站表征了薄膜的光吸收性能和光电化学性能,通过甲基橙溶液的光催化降解脱色率来表征催化剂薄膜的光催化活性.结果表明,以锰离子MT掺杂方式制备的TiO₂薄膜可明显增强TiO₂的光催化活性,而以MM掺杂方式制备的TiO₂薄膜反而降低了TiO₂的光催化活性;锰离子MT掺杂方式的最佳掺杂质量分数为0.8%.催化剂薄膜的电化学行为显示,薄膜具有p-n结的电容-电压特性,锰离子MT掺杂TiO₂薄膜的开路电位和瞬时光电流信号较强,说明其光生载流子易于生成并且分离效果较好.依据半导体的p-n结原理探讨了锰离子控制掺杂TiO₂的光催化活性机理.     

Li+掺杂纳米TiO2的制备及其光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法和浸渍法制备了Li⁺掺杂纳米TiO₂光催化剂,并用XRD和TEM等技术进行了表征;用pH值漂移法测量了催化剂的零电位pH值(pHpzc).结果表明,500℃煅烧制得的催化剂均为锐钛矿相;Li⁺的掺杂抑制了TiO₂粒子的生长,提高了催化剂的分散性;催化剂的零电位pH值为6.6—8.1,其值取决于Li⁺的浓度和掺杂方式.分别以紫外光和太阳光为光源,孔雀石绿和甲基橙为降解物评价了催化剂的光催化活性;并用气相色谱测试了污染物降解产生的CO₂的含量.结果显示,对孔雀石绿的降解,浸渍法和溶胶-凝胶法掺Li⁺都能有效提高TiO₂的光催化活性,但浸渍法比溶胶-凝胶法效果更好,催化活性最高的为浸渍法制备的5%(摩尔分数)Li⁺掺杂TiO₂,其在紫外光和太阳光下的光催化活性分别比纯TiO₂提高了6—8倍和9—10倍;对甲基橙的降解,除溶胶-凝胶法制备的3%(摩尔分数)Li⁺掺杂TiO₂能稍提高光催化活性外,其它Li⁺的掺杂都不同程度降低了TiO₂的光催化活性;随污染物降解率的增加,最终降解产物CO₂的含量增加.实验结果表明,Li⁺掺杂改变了催化剂表面的电荷状态从而改变了催化剂的零电位pH值是造成催化剂降解不同污染物具有不同催化活性的主要原因.     

低量La3+掺杂S-TiO2光催化剂的制备、表征及其光催化活性

采用溶胶-凝胶-浸渍法制备了La³⁺/S-TiO₂纳米光催化剂,通过XRD、BET、XPS、UV-Vis等手段进行了表征.以甲基橙溶液为光催化降解反应的模型化合物,考察了光催化剂的活性,探讨了低量La³⁺掺杂对TiO₂纳米粒子光催化活性的影响机制.实验结果表明:S改性TiO₂后明显提高了TiO₂纳米粒子的光催化活性,而La³⁺掺杂S-TiO₂后,进一步提高了TiO₂纳米粒子的光催化活性,La³⁺的最佳掺杂量(相对于TiO₂的质量分数)为0.369%;La³⁺/S-TiO₂(ω(La³⁺)=0.369%)为纳米光催化剂时,甲基橙的脱色率达到92.4%(光照120min);XRD和BET分析表明,低量La³⁺掺杂抑制了TiO₂由锐钛矿向金红石的转变,阻碍了TiO₂晶粒的生长,提高了TiO₂的比表面积;XPS分析表明,S、La³⁺掺杂可以导致粉体的表面羟基含量增加,掺杂S以S⁶⁺形式置换TiO₂晶格中的Ti⁴⁺;UV-Vis分析表明,光催化剂La³⁺/S-TiO₂比纯TiO₂具有较强的紫外光吸收性能.与纯TiO₂相比,La³⁺掺杂TiO₂纳米粒子光催化氧化活性的提高应归因于La³⁺掺杂增加了表面羟基含量,增大了比表面积,增强了样品表面的紫外光吸收能力.     

金属镍掺杂改进纳米TiO2的表面增强拉曼散射性能

通过溶胶-水热法合成纯的和不同量Ni离子掺杂的TiO₂纳米粒子, 将其作为表面增强拉曼散射(SERS)活性基底, 研究了金属Ni掺杂对于纳米TiO₂ SERS性能的改进. 结果表明, 适量的Ni掺杂能够在纳米TiO₂的能隙中靠近导带底的位置形成丰富的掺杂能级, 促进TiO₂-to-molecule的电荷转移过程, 进而提高纳米TiO₂基底对吸附分子的SERS增强能力, 显著改进纳米TiO₂的SERS性能.     

锐钛矿光催化降解苯酚:氟离子吸附的影响大于磷酸根

已知氟离子和磷酸根能加快锐钛矿和P25 TiO₂光催化降解苯酚等有机物，但作用机理仍存在争议.合成了不含无机阴离子的锐钛矿，并在其表面沉积0.52 wt% Pt（Pt/TiO₂）.在初始pH 5.2的水溶液中，99%的氟离子和磷酸根分别为F^-和H₂PO₄^-.加入0.1～30 mmol/L阴离子，苯酚的光催化降解速率常数（k_obs）都增大，证实了氟离子和磷酸根均具有正效应.有趣的是，k_obs增加倍数均与阴离子吸附量呈线性关系，其中氟离子的斜率大于磷酸根，而Pt/TiO₂的斜率大于TiO₂.这表明阴离子的正效应源于吸附于固体表面的阴离子，并且氟离子的活性大于磷酸根.（光）电化学测试表明，氟离子和磷酸根分别抑制和促进O₂还原，但它们都促进苯酚氧化.此外，氟离子和磷酸根分别使TiO₂平带电位移动-159 mV和89 mV.前者有利于TiO₂价带与苯酚发生轨道重叠，后者有利于TiO₂导带分别与O₂发生轨道重叠，进而加快界面电荷转移.由于阴离子广泛存在，该结果将有助于半导体光催化的机理研究及其环境应用.     

胶体碳球制备新型Sn/Se共掺杂TiO2及其光催化性能

TiO₂的光催化性能改性是水污染治理和光催化领域研究的重点方向。为了增强TiO₂的光催化性能,以胶体碳球为模板,采用水热-煅烧法首次制备了TiO₂空心球、硒掺杂二氧化钛(Se-TiO₂)空心球和锡/硒共掺杂二氧化钛(Sn/Se-TiO₂)空心球。同时,对Sn/Se-TiO₂空心球的形貌、结构以及元素组成进行了表征,并以罗丹明B为模拟污染物,评价了样品的光催化性能。结果表明：TiO₂为单一的锐钛矿相,Sn和Se成功地掺杂进入了TiO₂晶格中;Sn/Se共掺杂形成了缺陷能级,降低了禁带宽度和电子-空穴对的复合几率,提高了可见光的响应范围。当Se掺杂2.0%(物质的量分数,下同),Sn掺杂0.5%时,样品光催化性能最好,去除率为76.92%。同等条件下空心球的光催化去除率：TiO₂22,说明Sn/Se共掺杂T...     

三波长分光光度法研究纳米TiO2对Hg2+的光催化还原效果

利用自制微型纳米TiO₂光催化反应器对不同初始浓度的Hg²⁺溶液进行光催化还原实验,利用Hg²⁺-硫氰酸盐-罗丹明B离子缔合物分光光度法测定溶液中剩余Hg²⁺的浓度,表征Hg²⁺的光催化还原效果.采用三波长分光光度法有效地消除了TiO₂悬浮体系中的浑浊对测定的干扰.讨论了光催化还原的最佳条件及其在消除工业废水中有毒物质Hg(Ⅱ)方面的应用.结果表明:纳米TiO₂对低浓度Hg²⁺溶液光催化还原效果显著,还原率可达90%以上,并且可以大幅降低工业废水中Hg(Ⅱ)的浓度.     

固定在氧扩散膜表面的TiO2光催化膜

本文提出用氧扩散膜作TiO₂光催化膜的载体,介绍了氧扩散膜的制备及TiO₂在氧扩散膜表面的固定方法,TiO₂光催化膜的表面形态与微结构,不同条件下光催化分解草酸的速度.研究结果表明,以氧扩散膜作载体的TiO₂光催化薄膜表现出了较高的光催化活性.文中详细分析了氧扩散膜的作用.     

Si掺杂TiO2催化剂的结构与可见光催化活性研究

采用溶胶-凝胶法制备出Si⁴⁺离子掺杂的TiO₂可见光催化剂 (TiO₂-xSi),该催化剂的可见光催化活性高于纯TiO₂和N掺杂的TiO₂(TiO₂-N).利用XRD、XPS、FT-IR和UV-Vis DRS等表征技术,研究了TiO₂-xSi催化剂的晶体结构、能带结构和表面性质.研究发现:掺入Si⁴⁺离子在TiO₂粒子表面主要形成Ti-O-Si结构,并在导带下0.2-0.6 eV区域形成表面态能级,该表面态能级的存在是催化剂产生可见光响应、实现可见光催化的根本原因.另外,讨论了Si⁴⁺离子的掺杂对金红石相和晶粒的生长抑制作用,以及催化剂的比表面积和表面羟基物种增加对可见光催化活性的影响.     

Fe掺杂与天然沸石载体对TiO2光催化活性的影响

以具有多孔结构的天然斜发沸石为载体, FeCl₃和TiCl₄为前驱物制备铁离子掺杂TiO₂光催化剂. 分别在紫外光和太阳光照射下, 研究了Fe-TiO₂, TiO₂/沸石和Fe-TiO₂/沸石对甲基橙溶液(MO)的光催化分解过程, 并通过XRD, AFM, FTIR和吸收光谱等手段, 探讨了Fe和沸石对TiO2的光催化活性的影响. 结果表明, 适当浓度的Fe不仅可以提高TiO₂的光催化效率, 而且能够拓展TiO₂的吸收波长范围至可见光区. 而沸石的引入不仅提高了光催化剂的效率, 而且也增强了光催化剂的抗失活性能.     

氟掺杂TiO2纳米管的可见光催化活性及第一性原理计算

作为光催化技术的核心, 提高TiO₂的光催化活性和对可见光的利用率是当前光催化研究中最重要的研究课题. 为了提高TiO₂纳米管的可见光催化活性, 采用化学气相沉积法对TiO₂纳米管进行了氟掺杂. 扫描电子显微镜(SEM)结果表明退火温度对于TiO₂纳米管的形貌完整性有较大影响, 当样品在550和700 °C下退火, 氟掺杂TiO₂纳米管结构受损; X射线衍射(XRD)分析表明氟掺杂对TiO₂由锐钛矿相转化为金红石相有阻碍作用; X射线光电子能谱(XPS)测试表明化学气相沉积能有效地对TiO₂纳米管进行非金属掺杂, 且该方法安全、操作简单. 氟掺杂TiO₂纳米管对甲基橙有较高的可见光催化降解活性. 第一性原理计算结果表明氟掺杂对TiO₂带隙无显著影响, 费米能级附近的F 2p轨道电子位于价带底部, 与O 2p交联作用较小, 因此对TiO₂光吸收带边影响不大. 氟掺杂能促进表面氧空穴的产生, 增加表面酸度与Ti³⁺, 有利于减少电子-空穴复合率, 从而提高其光催化活性.     

氟掺杂纳米 TiO2 薄膜的低温制备及其光催化性能

 以氟化铵为氟源, 采用水热法制得氟掺杂 TiO2 (FTO) 溶胶, 并通过浸渍提拉法在低温下制备了 FTO 薄膜. 其中在 120 oC 下水热处理 10 h 所得的 TiO2 溶胶制备的薄膜均匀透明, 具有较高的光催化活性. 氟掺杂后的 TiO2 晶粒尺寸并未发生明显变化, 但薄膜的光催化活性显著升高. F/Ti 摩尔比为 0.01 时, FTO 薄膜的光催化活性最高, 比 TiO2 薄膜的活性升高了 23%. X 射线光电子能谱结果表明, 氟掺杂 TiO2 中的氟离子存在晶格取代掺杂和表面化学吸附两种形式. 这两种氟离子的共同作用是 FTO 薄膜光催化活性升高的主要原因.     

Fluorine-doped TiO2 powders prepared by spray pyrolysis and their improved photocatalytic activity for decomposition of gas-phase acetaldehyde

F-doped TiO₂ (FTO) powders were synthesized by spray pyrolysis (SP) from an aqueous solution of H₂TiF₆. The resulting FTO powders possessed spherical particles with a rough surface morphology and a strong surface acidity. The fluorine concentrations in the FTO powders calculated from XPS spectra significantly depended on SP temperature and ranged from 2.76 to 9.40 at.%. The FTO powder prepared at SP temperature of 1173 K demonstrated the highest photocatalytic activity for the decomposition of gas-phase acetaldehyde under both ultraviolet (UV) and visible light (vis) irradiations, and it was higher than that of commercial P 25. This high photocatalytic activity was ascribed to several beneficial effects produced by F-doping: enhancement of surface acidity, creation of oxygen vacancies, and increase of active sites. It was interesting to point out that the vis photocatalytic activity of FTO powders was achieved by the creation of surface oxygen vacancies rather than the improvement of optical absorption property of bulk TiO₂ in vis region.     

N、F共掺杂TiO2可见光响应光催化剂的酸催化水解法制备及表征

采用酸催化水解法由TiCl4、NH4F混合液合成N、F共掺杂可见光响应TiO2光催化剂(TONF). 以苯酚为模型物, 考察了催化剂在可见光区、紫外光区的催化活性. 采用X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及低温氮物理吸附对光催化剂的晶相结构、光谱特征和表面结构等进行表征. 结果表明, 适量的N、F共掺杂TONF催化剂表现出较高的可见光催化活性. N、F共掺杂可显著提高TiO2分散性能, 促进锐钛矿相的形成, 抑制其向金红石相转变, 提高相转变温度. N掺杂可提高TiO2在可见光区的吸收; F掺杂可使TiO2能隙变窄.     

一步醇-水热法合成高效的F掺杂BiVO4光催化剂

以NH₄F为掺杂前体,采用简单的一步醇-水热法制备了F掺杂BiVO₄光催化剂。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis）和光致发光光谱（PL）表征了这些光催化剂的物理化学性质。在少量H₂O₂存在条件下,以可见光照射下光催化降解苯酚的反应测定了这些光催化剂的催化活性。研究表明,相较于未掺杂的BiVO₄样品而言,F掺杂BiVO₄样品不仅仍保留了单斜结构,而且有更高的结晶度、表面氧空位密度和光生电荷载流子分离效率,更强的光吸收和更低的带隙能。在这些F掺杂BiVO₄样品中,以n_F/n_Bi的理论值为1.0且带隙能为2.43 eV的F掺杂BiVO₄样品的光催化活性最好（90 min内苯酚的降解率可达95%）。这一优良的光催化性能与其具有最高的结晶度、表面氧空位密度和光生电荷载流子分离效率,最强的光吸收和最低的带隙能有关。     

微乳法制备纳米TiO2 /SiO2的结构及光催化研究

Nanosized TiO₂ and TiO₂/SiO₂ particles were prepared by hydrolysis of tetrabutyl titanate (TBOT) and tetraethyl orthosilicate (TEOS) in the TX-100 reverse microemulsion. These particles were characterized by TG-DSC, XRD, FTIR, TEM，N₂ adsorption-desorption. Their photocatalytic activity was tested by degradation of methyl orange. The result shows that TiO₂/SiO₂ nanoparticles are with a monodispersed spherical phase and a uniform size distribution，and TiO₂ particles are dispersed on the surface of SiO₂. The band for Ti-O-Si vibration in FTIR was observed, the Ti-O-Si bond increased the stability of anatase TiO₂, suppressed the phase transformation of titania from anatase to rutile. And due to the addition of SiO₂, the average size of titania decreased from 38 nm in pure TiO₂ to 5 nm in TiO₂/SiO₂. It was found, under UV light irradiation, TiO₂/SiO₂ particles showed higher activity than pure TiO₂, and TiO₂/SiO₂(1/1) particles showed the highest photocatalytic activity on the photocatalytic decomposition of methyl orange, which was influenced by crystal structure, particle size, crystallinity and Surface area Characteristics.     

Origin of visible-light-driven photocatalysis: A comparative study on N/F-doped and N-F-codoped TiO2 powders by means of experimental characterizations and theoretical calculations

An overall comparative study was carried out on N-doped, F-doped, and N-F-codoped TiO₂ powders (NTO, FTO, NFTO) synthesized by spray pyrolysis in order to elucidate the origin of their visible-light-driven photocatalysis. The comparisons in their experimentally obtained characteristics were based on the analysis of XPS, UV-Vis, PL, NH₃-TPD and ESR spectra. The comparisons in their theoretically predicted properties were based on the analysis of the calculated electronic structures. As the results, N-doping into TiO₂ resulted in not only the improvement in visible-light absorption but also the creation of surface oxygen vacancies. F-doping produced several beneficial effects including the creation of surface oxygen vacancies, the enhancement of surface acidity and the increase of Ti³⁺ ions. Doped N atoms formed a localized energy state above the valence band of TiO₂, whereas doped F atoms themselves had no influence on the band structure. The photocatalytic tests indicated that the NFTO demonstrated the highest visible-light activity for decompositions of both acetaldehyde and trichloroethylene. This high activity was ascribed to a synergetic consequence of several beneficial effects induced by the N-F-codoping.     

溶胶-凝胶法制备复合MxOy-TiO2光催化剂

以无机盐TiCl4为原料制备TiO2溶胶,并利用溶胶胶粒修饰法制备SiO2 TiO2、ZrO2 TiO2、WO3 TiO3、MoO3 TiO2及Pt/TiO2光催化剂,用于光催化氧化甲醛反应,考察添加物对 催化剂光催化性能的影响.其中,SiO2 TiO2催化剂的光催化氧化降解甲醛性能最好,而MoO3 TiO2的催化性能最差.SiO2 TiO2催化剂优良的光催化性能可归于SiO2 TiO2催化剂的高 比表面积,高空隙率,小晶粒粒径和强吸光性能等性质的综合影响.     

活性碳载体对TiO2光催化降解Cl2CHCOOH性能的影响

研究了活性碳(AC)载体对TiO₂光催化降解Cl₂CHCOOH性能的影响.结果表明,加入AC载体能提高TiO₂的光催化反应速度,而且AC加入方法及含量有明显影响.本文探讨了TiO₂光催化性能提高的原因.     

Synthesis of F-doped flower-like TiO2 nanostructures with high photoelectrochemical activity

We report on a novel and facile approach for the direct growth of F-doped flower-like TiO(2) nanostructures on the surface of Ti in HF solutions under low-temperature hydrothermal conditions. The influence of the experimental parameters such as temperature, reaction duration, and the HF concentration on the morphology and photoelectrocatalytic activity of the formed F-doped flower-like TiO(2) nanostructures was systematically studied. The presence of HF and the reaction time play an important role in the formation of the F-doped flower-like TiO(2) nanostructures. The synthesized novel F-doped TiO(2) flower-like nanomaterials possess good crystallinity and exhibit high photoelectrochemical activity for water-splitting and photodegradation of organic pollutants compared with P-25, which is currently considered to be one of the best commercial TiO(2) photocatalysts. The approach described in this study provides a simple and novel method to synthesize F-doped TiO(2) nanostructured materials that are ready for practical applications such as the photodegradation of wastewater.