Pt/TiO_(2)-CN_(x)催化剂中纳米TiO_(2)(A)/(R)相含量的电催化“火山形”效应北大核心CSCD

由于燃料电池催化剂的电催化活性与Pt颗粒尺寸、催化剂载体、辅助催化剂的关系仍不清楚。为此,本文采用FESEM、XRD、BET、TEM和CV等方法,以存在Pt纳米颗粒、CN_(x)纳米线、TiO_(2)辅助催化剂的多成分复杂结构Pt/TiO_(2)-CN_(x)体系为研究对象,进行了TiO_(2)锐钛矿(A)/金红石(R)相含量对Pt电催化剂电化学活性面积的研究。结果表明,TiO_(2)在700 ℃~900 ℃热处理过程中发生锐钛矿-金红石相变,同时伴随着两相晶粒尺寸的长大,锐钛矿相在900 ℃时完全转化为金红石相。TEM结果表明超细小Pt纳米颗粒成功负载在TiO_(2)-CN_(x)载体表面,粒径尺寸范围为1.8~2.8 nm。TiO_(2)(A)/(R)相含量对TiO_(2)-CN_(x)载体的BET比表面积和Pt/TiO_(2)-CN_(x)催化剂真实“有效的”电化学活性面积(ECSA)都存在“火山形”效应。当金红石相含量为25%时,TiO_(2)(25%R)-CN_(x)载体和Pt/TiO_(2)(25%R)-CN_(x)催化剂具有最大的比表面积和最多的电化学活性位点。原因推测可能是随着金红石相含量的增加,当金红石含量为25%时Pt纳米颗粒和TiO_(2)(25%R)-CN_(x)载体之间存在强烈的金属-载体相互作用,可以锚定超细小Pt纳米颗粒,导致Pt/TiO_(2)(25%R)-CN_(x)催化剂具有最高的ECSA。因此,Pt/TiO_(2)(25%R)-CN_(x)较适宜做燃料电池的催化剂。     

阳极氧化法制备TiO_2纳米管及其光催化性能

纳米TiO_2对诸多环境污染物有显著的光催化降解作用,光催化已发展成为新型环境污染治理技术.本文采用阳极氧化法制备出TiO_2纳米管,对比了四种电解液组成(A氟化铵+硫酸铵+水;B氟化铵+硫酸铵+乙酸+水;C氟化铵+硫酸铵+甘油+水;D氢氟酸+二甲基亚砜(DMOS)+乙醇)对催化剂表面形貌及光催化性能的影响.结果表明,电解液A和C都制备出了形貌清晰的TiO_2纳米管,管径约为60～74 nm.样品经400℃煅烧,TiO_2晶型主要为锐钛矿相;经500℃煅烧,出现少量金红石相;经700℃煅烧,晶型全部为金红石相.具有良好形貌的TiO_2纳米管同时具有良好的紫外光吸收能力.当亚甲基蓝初始浓度为10mg·L~(-1),经500℃煅烧的TiO_2纳米管光催化活性最佳,光照30 min亚甲基蓝的降解率达89.98%.亚甲基蓝光催化降解反应符合一级反应动力学,反应速率常数为0.079 30.     

微弧氧化法制备WO_3/TiO_2复合薄膜的结构及光催化性能

采用微弧氧化工艺分别在钨酸盐和磷酸盐电解液中制备了WO_3/TiO_2复合薄膜和单一的TiO_2膜(P-TiO_2),利用X射线衍射、扫描电子显微镜、紫外-可见光谱和荧光光谱对这两种膜层的结构及光物理特性进行了表征.结果表明,P-TiO_2膜由锐钛矿与金红石混合相组成,而WO_3/TiO_2膜中除锐钛矿与金红石混合相外,还含有W0O相.两种膜层表面粗糙多孔,WO_3/TiO_2膜的孔洞数量更多,分布更均匀.WO_3/TiO_2膜的光吸收范围较P-TiO_2膜略宽,但后者在紫外光区的光吸收性能更好.WO_3O/TiO_2膜的荧光发光强度比P-TiO_2的小,光生电子-空穴之间的分离效果好.与P-TiO_2膜相比,WO_3/TiO_2膜的表面酸度高,吸附有机物和羟基的能力更强.紫外光下照射2 h,WO_3/TiO_2能够降解85%罗丹明,而P-TiO_2膜只能降解23%.WO_3/Ti0_2膜的高光催化活性源于它较高的比表面积、较优的电子.空穴分离效果和较高的表面酸度.     

锐钛矿/金红石TiO_2相结界面电荷分离的时间分辨发光光谱研究（英文）

"结"的构筑,被证实是提高电荷分离效率的重要策略,在太阳电池、光催化等领域有广泛应用.跟踪研究异质结、异相结处的电荷转移动力学,可深入认识结的作用,进一步指导新材料、新结构的设计合成.锐钛矿/金红石Ti O_2异相结,可大大提高Ti O_2光催化重整生物质制氢的产氢性能.锐钛矿/金红石异相结处的电荷分离、复合等动力学行为还亟需进一步深入研究,我们使用时间分辨发光光谱技术,重点研究了锐钛矿和金红石界面处的电荷转移过程及其对电荷复合过程的影响机制.我们制备了一系列具有不同晶相组成的Ti O_2催化剂,使用XRD和表面灵敏的紫外拉曼光谱表征确定了样品的表面和体相组成,研究其光致发光性质并与其晶相组成相关联.发现,Ti O_2的发光行为与其晶相结构直接相关,特别是与其表面晶相结构存在密切关系.其中,500 nm的可见发光带与锐钛矿晶相相关,而835 nm的近红外发光带与金红石晶相相关.分析可见发光带强度随Ti O_2晶相组成的变化,发现Ti O_2粒子中存在少量金红石成分时,可见发光带强度不仅未猝灭,反而有一个明显的增强效应,同时,近红外发光峰的出现也存在一定的延后现象.这些结果表明锐钛矿/金红石异相结处存在金红石向锐钛矿的电荷转移过程.进一步,使用时间分辨发光光谱研究可见发光带和近红外发光带的衰减动力学,从而分析揭示锐钛矿/金红石相结对锐钛矿和金红石的载流子动力学的影响机制.对于可见发光带来说,锐钛矿/金红石异相结的存在使可见发光带的衰减速率在微秒时间尺度减慢,而在毫秒时间尺度反而衰减变快.在金红石为主要晶相的混相氧化钛中(如Ti O_2-800),还观测到了一个新的约0.43ms的快衰减成分,表明锐钛矿向金红石的载流子转移过程.对于近红外发光带来说,与可见发光带类似,在微秒时间尺度的衰减也明显变慢,寿命可增长一倍以上,而在毫秒时间尺度的衰减速率没有明显变化.特别是,在锐钛矿/金红石异相结存在条件下,除长于40ms的微秒衰减成分外,基本所有混相Ti O_2样品都显示出~2ms的快衰减成分,且此快衰减成分的比例受样品晶相组成、制备方法等影响,可达到22%左右.这一快衰减成分的出现,证明了锐钛矿/金红石异相结处存在金红石向锐钛矿的载流子转移过程.我们通过发光光谱技术研究了锐钛矿/金红石异相结在电荷分离复合过程中的作用.研究发现,锐钛矿/金红石相结存在条件下,可见和近红外发光带都出现了一个新的快衰减成分,证明相结处存在快速的电荷分离过程.由于相结促进电荷分离,在微秒时间尺度抑制了电荷复合,从而使发光衰减明显变慢.而在毫秒时间尺度,电荷复合速率并没有抑制效果.因此,我们提出锐钛矿/金红石相结对光催化活性的促进作用,主要是因为微秒时间尺度促进电荷的有效分离,从而使微秒时间尺度存在更大量的光生电荷参与光催化过程.     

C–Cl共掺杂TiO_2/凹凸棒复合催化剂的制备及其可见光催化性能（英文）

TiO_2光催化剂具有无毒、物理化学性质稳定及光催化活性较高等优点,因而在能源及环境净化等领域备受关注.但是,TiO_2纳米颗粒作为催化剂仍存在以下不足:(1)TiO_2带隙较宽,只能吸收利用太阳光能的紫外光部分,而照射到地球表面的太阳光大部分为可见光;(2)光生载流子(电子/空穴)的复合使得光催化活性不高;(3)纳米催化剂的回收利用困难;(4)单独使用TiO_2,成本较高;(5)针对低浓度有机污染,常见TiO_2催化剂比表面积较小,吸附富集能力较差,导致光催化降解效率较低.TiO_2自身这些缺陷大大限制了其进一步的实际应用.针对上述这些问题,我们在本研究中设计了一种简便易行的溶胶凝胶法,在较低的温度(70℃)下合成了非金属C-Cl共掺杂的TiO_2/凹凸棒(TiO_2/ATT)复合催化剂.XRD及HRTEM分析证明,通过调节反应溶液的pH可以分别合成含锐钛矿/金红石、锐钛矿/金红石/板钛矿的两相和三相的混合相TiO_2,且锐钛矿/金红石比例可以通过改变pH而进行调节.XPS分析证明,C和C1同时成功掺进TiO_2/ATT复合催化剂.UV-Vis漫反射结果显示,非金属C和C1的掺杂使得所合成复合催化剂的光吸收性能明显拓展到可见光区,因而可以充分利用可见光能进行有机污染物催化降解,而ATT作为TiO_2的载体,减少了TiO_2使用量,改善了TiO_2的表面特性和孔结构,且有利于光催化剂的回收利用.以酸性红G为目标有机污染物,在可见光照射下对复合催化剂的可见光催化活性进行了测试.结果表明,当合成反应体系的pH值为3.0时,所获得的锐钛矿/金红石/板钛矿三相TiO_2/ATT复合催化剂具有良好的可见光吸收特性,其可见光催化活性远远高于市售P25型TiO_2,对难降解的酸性红溶液G具有优异的脱色效果和良好的TOC去除性能.循环光催化实验和FTIR表征结果表明,在5次循环利用后,TiO_2/ATT复合催化剂仍表现出很高的催化活性,表明其稳定性优异.荧光分析和自由基捕获实验表明,光催化降解反应中的主要活性物种是羟基自由基、空穴和超氧自由基.TiO_2/ATT复合催化剂高效稳定的可见光催化性能主要归因于:(1)非金属C和Cl的共掺杂改善了其可见光吸收性能;(2)催化剂中的TiO_2由金红石、锐钛矿和板钛矿混合相组成,有利于抑制光生载流子的复合;(3)多孔结构的ATT作为载体提高了TiO_2的比表面积,增加了反应活性位,同时改善了孔结构,从而有利于模拟有机污染物(酸性红G)分子的吸附和降解,有利于反应产物扩散,从而提高了催化剂的可见光催化效率.     

Fe~(3+)掺杂的TiO_2纳米复合粒子的合成及表征

利用酸催化的溶胶-凝胶法合成了一系列不同Fe~(3+)掺杂量的TiO_2纳米复合 料子。用XRD,TEM,UV-vis等技术进行了表征。结果表明：在所研究的掺杂量范围 内(x_B = 0.0005 ～0.1000),未发现有铁氧化物的晶相生成;Fe~(3+)的掺杂可以 实现TiO_2由锐钛矿(anatase)结构向金红石(rutile)结构的低温转化,随着Fe~ (3+)掺杂量的增大,对光的吸收发生红移,吸收强度增大。掺杂适量的Fe~(3+)可 以使TiO_2纳米微粒的光催化活性得以提高。     

SPS法研究ZnTPP对TiO_2的光谱敏化

本文利用表面光电压谱(Surface Photovohage spectroscopy,简称SPS)研究了ZnTPP对TiO_2粉末的光谱敏化,发现用ZnTPP修饰后的TiO_2(金红石和锐钛矿)粉末在可见区420、550和590nm附近有三个光伏响应带,它们分别对应于ZnTPP的Soret、Q(1,0)和Q(0,0)带。经过严格的实验和分析,证明这三个带是由ZnTPP对TiO_2的敏化光电压引起的,而不是ZnTPP自身的光伏响应。在敏化效果上,亚稳的锐钛矿优于金红石。同时,我们对这种光敏表面的光诱导电荷转移机制和SPS作为一种研究光谱敏化方法的可行性进行了讨论。     

高热稳定性TiO_2空心微球高效光催化氧化丙酮(英文)

空心结构材料具有低密度、高通透性和易于回收的优点,因此人们对空心球的TiO_2,如TiO_2空心微球(TiO_2-HMSs)的制备非常感兴趣.但是普通TiO_2-HMSs的热稳定性较差,一般在600°C以上就由活性较高的锐钛矿相相变成活性很差的金红石相.考虑到氟离子能够抑制TiO_2相变,因此我们以Ti(SO4)2为钛源,在NH4F和H_2O2的共同作用下,于180°C水热制备了由空心颗粒自组装成的表面氟化的TiO_2-HMSs,并考察了其热稳定性与光催化氧化分解丙酮的性能.研究发现,当焙烧温度从300°C上升到1000°C时,TiO_2平均粒径从79.0 nm逐渐增大到97.7 nm,结晶度从1.00增大到1.53.这是由于热处理促进了TiO_2颗粒的晶化.当进一步升温到1100°C时,XRD谱开始出现金红石相TiO_2的特征衍射峰,此时约18.4%的锐钛矿相开始向金红石相转化.因此,本文制备的二氧化钛锐钛矿相可以稳定到1000°C,显示出优良的高热稳定性.扫描电镜显示,水热制备的TiO_2-HMSs是由高能(001)面暴露的TiO_2十面体纳米晶组装而成.随着焙烧温度提高到900°C,空心微球外观没有显著改变,但是组装体纳米晶暴露出来的空洞逐渐变小,晶粒变得圆滑;至1100°C时,空心微球组装体的纳米晶变成了球形颗粒,但是空心微球的空心结构没有坍塌,空心微球结构依然得到保留.我们用丙酮的紫外光催化氧化分解来评价不同温度焙烧的TiO_2空心微球的光催化活性.结果显示,前驱体TiO_2空心微球于300°C焙烧2 h,丙酮的氧化速率从1.39×10-3 min~(-1)(前驱体)降至0.82×10-3 min~(-1)(T300样品),这是因为样品表面吸附的氟离子受热挥发所致;当焙烧温度从300°C提高到900°C时,催化剂活性从0.82×10~(-3) min~(-1)升至2.09×10~(-3) min~(-1),这是由于焙烧促进了TiO_2的晶化;进一步升至1000和1100°C时,催化剂活性显著下降,这是由于催化剂的比表面积急剧减小和金红石相的生成.总之,本文利用氟离子的化学诱导作用制备出表面氟化的空心颗粒自组装TiO_2空心微球,该TiO_2空心微球显示出超高热稳定性与高光催化活性,因此在高热环境中具有实际应用前景.     

碳和钇共掺杂对混相TiO_2光催化性能的影响（英文）

TiO_2因其毒性低、稳定性高、制备成本低廉而获得广泛应用,特别是作为光催化剂在降解环境污染物方面受到了广泛关注;然而,纯TiO_2较大的光生载流子复合率和较宽的带隙限制了其应用.元素掺杂作为一种拓宽光催化剂光吸收能力的方法广泛应用于各种光催化剂的修饰改性,而两种具有光催化性能的TiO_2相共存则能有效抑制光生载流子的复合,因此采取合适的方法有效利用这两种TiO_2改性的方法制备得到更具实际应用潜质的光催化剂具有一定的可行性.本文通过简单的溶胶-凝胶过程向锐钛矿相与金红石相组成的混相TiO_2中共掺杂碳和钇得到了一种活性较高的可见光响应光催化剂.采用粉末X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱和透射电镜等表征手段研究了碳和钇掺杂对TiO_2结构的影响,发现碳掺杂有利于金红石相的形成且材料具有更大的晶粒尺寸,钇掺杂则有利于锐钛矿相的形成且能细化材料的晶粒尺寸,提高材料的比表面积,导致材料更好的光催化活性.材料在30 W荧光灯光照条件下的光催化降解亚甲基蓝(MB)性能的研究显示,C-Y-TiO_2样品具有比单掺杂和未掺杂样品更高的光催化活性,其顺序为C-Y-TiO_2Y-TiO_2C-TiO_2TiO_2≈P25.此外,降解反应动力学研究表明C-Y-TiO_2样品光降解MB的速率是未掺杂样品在相同条件下降解速率的3.5倍.不同钇掺杂含量样品的结构和光催化降解MB的研究结果表明,钇掺杂显著促进了锐钛矿相TiO_2的形成.这说明钇可能仅掺杂进入锐钛矿相,因此合适的钇掺杂量才能有效形成最优化的光催化性能的混相TiO_2.不同热处理温度下获得的样品的光降解MB特性也表明,一定的热处理温度有利于合适的锐钛矿相和金红石相的组成,从而有利于相间的协同效应.紫外-可见光谱和荧光光谱表征分析表明,碳和钇的掺杂都拓展了其吸收光谱到可见光区域,且抑制了光生电子和空穴对的复合,进而提高了材料的光催化活性.碳和钇共掺杂的混相TiO_2具有较高可见光光催化活性的主要原因有两个方面:一是元素掺杂减小了TiO_2的带隙使得材料具有可见光响应;二是金属和非金属元素在锐钛矿相与金红石相TiO_2中不同的掺杂特性形成的协同效应,抑制了光生电子和空穴的复合.     

水热法制备铂掺杂二氧化钛及其可见光催化性能

以纳米管钛酸为前驱体,采用水热法制备了Pt掺杂TiO2样品.水热反应过程中,纳米管钛酸表面羟基与氯铂酸发生酸碱中和反应,导致反应后pH值升高;在130°C开始纳米管钛酸晶体结构由正交晶系转变为锐钛矿相TiO2.表面化学组成分析表明,掺杂的Pt主要以+2价形式存在.以丙烯为模型污染物,评价样品的可见光(λ≥420nm)光催化活性.结果表明,Pt-TiO2具有明显的可见光光催化降解丙烯的活性,其中160°C水热处理制得的Pt-TiO2活性最高.最后讨论了低温水热法Pt掺杂的形成机理及Pt-TiO2具有可见光响应的原因.     

添加NaBF_4对阳极氧化法制备TiO_2纳米管光催化剂的影响

在阳极氧化电解液中添加Na BF4制得了具可见光活性的B掺杂TiO_2纳米管阵列(B/TNTs)。采用扫描电镜(FE-SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FTIR)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)以及X射线光电子能谱(XPS)对样品进行表征,以亚甲基蓝(MB)的光催化降解为目标反应评价其光催化活性。结果表明:添加Na BF4后,TiO_2纳米管表面形貌变化较大;B掺入到TiO_2晶格中形成B-O-Ti键;B掺杂使得TiO_2纳米管表面羟基量增加、光学带隙能减小、光吸收阀值红移,且B掺杂量越多,其相应值的变化量越大;B掺杂能促进TiO_2锐钛矿相的发育,纳米管经550℃煅烧后仍保持未掺杂样品的锐钛矿相结构;Na BF4的最佳添加量为0.6%(w/w)时,所得样品光催化活性最佳,可见光下光催化降解MB的4 h降解率由未添加的39.90%提高至75.15%,且反复使用10次后其光催化性能基本保持不变;总有机碳(TOC)分析结果表明,MB在可见光下能被B/TiO_2有效矿化。     

表面相结结构在促进光催化电荷分离中的应用（英文）

二十世纪八十年代以来,特别是近十年,光催化研究在利用可再生能源太阳能的道路上飞速发展.越来越多的研究表明,相结结构的构筑是有效提高半导体光催化剂性能的重要策略.其中,TiO2作为重要的模型光催化剂,其相关研究成果呈现出指数增长的趋势.本综述围绕TiO2模型光催化剂,主要介绍TiO2表面相结的研究成果,包括TiO2表面相的表征、锐钛矿:金红石TiO2相结用于光催化产氢研究、TiO2相结在光催化中作用的最新认识等.在表征方面,通过表面灵敏的紫外拉曼光谱研究了TiO2相变过程中表面相结构的变化,结合可见拉曼以及XRD表征揭示了TiO2独特的相变过程,即相变始于锐钛矿粒子的界面处,小粒子逐渐团聚为大粒子,致其相变从大粒子体相开始最终扩展到整个粒子.使用CO,CO2探针红外光谱,根据锐钛矿和金红石表面吸附物种的差异,进一步证实了锐钛矿:金红石表面相结结构,为紫外拉曼光谱的表面表征特性提供坚实证据.同时,利用发光光谱观察到锐钛矿晶相的可见发光带和金红石晶相的近红外发光带,并基于此给出了TiO2材料表面相结结构的荧光表征新方法.此外荧光光谱还提供了锐钛矿、金红石相中载流子动力学信息,揭示了束缚态在光催化中的作用.在光催化应用方面,观察到混相结构TiO2较单独锐钛矿及金红石相具有更高的光催化产氢活性,通过在较大金红石颗粒上担载纳米锐钛矿粒子,证明了相结结构在提高光催化活性中的核心作用,并首次提出了锐钛矿:金红石表面异相结结构概念,推断其对电荷分离的促进作用是最终提高反应活性的原因.之后将此概念应用到改善商品TiO2(P25)光催化活性中,通过可控热处理精细调控P25的表面相结构,在光催化重整生物质衍生物产氢实验中,成功将P25光催化产氢活性提高3-5倍.之后发展了新的TiO2表面控制方法,通过加入Na2SO4等相变控制剂,延缓了TiO2从锐钛矿向金红石的相变过程,在较高温度下实现TiO2相结结构的调控,最终可将P25光催化重整甲醇制氢的活性提高6倍,同时通过高分辨电镜清晰观察到锐钛矿:金红石相结的原子层生长接触.在相结作用机理方面,多种时间分辨光谱技术以及理论计算被用作探索锐钛矿:金红石相结处的电子转移机理.通过时间分辨红外光谱对TiO2表面相结结构作用的研究,特别是利用锐钛矿、金红石不同的瞬态吸收光谱特征,证明了锐钛矿:金红石相结处的载流子转移过程,存在锐钛矿向金红石的电子转移过程.模型光催化剂TiO2相结的研究成果,加深了对光催化机理的认识,促进新型高效光催化体系的设计合成.     

Fe/TiO_2催化剂的SMSI效应和TiO_2载体的晶相变化

用高真空静压差BET装置测定了流动态氢还原的Fe/TiO_2催化剂对CO的化学吸附量及其表面积随处理温度的变化,显示出Fe/TiO_2催化剂具有SMSI效应.对BET测定试样用XRD分析结果表明,表面积随温度升高而减小的主要原因可能是高温下TiO_2载体中锐钛矿相到金红石相的晶相转变所致.用相同的方法对纯TiO_2试样在氧、真空、氢气氛中表面积和锐钛矿相质量百分比随处理温度变化的测定结果,除说明这一主要原因外,还表明处理气氛还原性的增强有利于结晶相变.对氢气氛中经不同温度处理的纯TiO_2进行了TEM分析,结果表明经高温处理的试样晶粒粒径变大,主要原因是金红石相的生成和锐钛矿相晶粒的烧结.结合他人的工作,作者认为Fe/TiO_2催化剂容易在高温还原气氛中受到几何和电子的联合作用产生SMSI效应,而结晶相变可能有利于这一过程的进行.     

赖氨酸辅助高分散金粒子修饰氮掺杂TiO_2纳米管催化剂的合成及光催化性能

通过溶胶-凝胶法联合水热合成法制备了氮掺杂TiO_2纳米管,并以该纳米管为载体,采用绿色无毒的赖氨酸作为链接剂和螯合剂,一步实现金粒子在TiO_2纳米管上的高度分散,制备得到高分散金粒子修饰氮掺杂TiO_2纳米管催化剂(Au/N-TiO_2纳米管).表征了产物的形貌、结构、光学特性及组成,通过紫外光下甲基橙水溶液的光降解率评价产物的光催化活性,讨论了氮掺杂量、金负载量、赖氨酸及焙烧对合成催化剂光催化性能的影响.结果显示,在赖氨酸存在下,金粒子在TiO_2纳米管上呈高度分散状态,未发生聚集.且与纯TiO_2纳米管相比,Au/N-TiO_2纳米管显示出更高的光催化活性.Au/N-TiO_2纳米管的高催化活性是由于氮掺杂后引起的TiO_2带隙能窄化、金粒子在载体上的高分散状态及金与TiO_2形成的肖特恩势垒引起的低电子-空穴复合率共同作用导致的.     

SnO_2改性TiO_2对V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂结构和SCR性能影响

采用共沉淀法将SnO_2组分掺入到V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂载体TiO_2中,并通过多种物理化学手段,考察了不同SnO_2掺入量时对催化剂结构,表面分散物种和SCR性能影响.结果表明,SnO_2掺入到TiO_2中,元素Sn与Ti以Sn—O—Ti键形式相互作用,促进锐钛矿型TiO_2向金红石型TiO_2转变.在特定条件下,VO_x与WO_x物种和SnTi氧化物之间以V—O—Ti(Sn)和W—O—Ti(Sn)键形式相互作用,提高了VO_x物种可还原能力、促进了具有更多B酸酸量四面体WOx物种和V~(5+)物种生成.VW/SnTi催化剂表面VO_x物种与WO_x物种之间的相互作用更强.因此,VW/SnTi催化剂具有更好的SCR活性.     

TiB_2/均相硼掺杂TiO_2核/壳结构提升光催化氧化水产氧活性（英文）

光催化可实现污染物降解、分解水制氢和CO_2还原等多种氧化还原反应,因而受到了广泛关注.光催化材料中光生电荷的数目与氧化还原能力直接影响光催化反应效率,在许多光催化反应中,光生空穴氧化反应被认为速控步骤.以光催化分解水为例,质子的还原是单电子过程,水氧化产生氧气则涉及四个电子.空穴的高能量不仅可赋予其高的氧化能力,还能提高其迁出表面的能力,因此具有重要研究价值.我们组的前期工作表明,以TiB_2作为前驱体,采用水热合成和焙烧两步法可制备出间隙硼掺杂的金红石相或锐钛矿相TiO_2,间隙硼掺杂可显著降低价带顶,提升光催化氧化水产氧性能.然而,在已有的结果中,间隙硼掺杂浓度在TiO_2中均呈现从内向外逐渐增加的梯度分布,这意味着硼掺杂浓度有限,且表层更低的价带顶不利于体相光生空穴向表面迁移,因此亟需实现TiO_2中均相的间隙硼掺杂.本文以湿化的氩气为水解环境,将水解过程限域在TiB_2的表面以减少硼原子流失;同时提高水解温度,使残留的硼原子形成间隙掺杂,避免其在二次焙烧时扩散,从而在TiB_2核的表面所形成的TiO_2壳层中实现均相间隙硼掺杂,显著提高了光催化氧化水产氧活性.多种表征结果表明,直径约为6–10μm的TiB_2核表面形成了厚约400 nm的TiO_2壳层,在TiO_2/TiB_2中TiO_2壳层重量比约为30%,TiO_2壳层中锐钛矿相TiO_2占比为65 wt%,金红石相TiO_2占比为35 wt%.TiO_2壳层中间隙硼为均相分布,硼掺杂显著降低了价带顶位置,提高了光生空穴的氧化能力,从而使得TiB_2/TiO_2展现出比未掺杂的金红石、锐钛矿相及两者混合相的TiO_2均具有更高的光催化氧化水产氧的能力.     

制备均一形貌的长二氧化钛纳米管

在温和的水热条件下,用碱溶液处理不同粒径的锐钛矿相和金红石相二氧化钛 纳米粉体,得到了不同形貌的二氧化钛纳米管,并用TEM,XRD,FT-Raman和BET等 对其进行了表征。金红石相的超细纳米晶有利于形成均一形貌的纳米管,用粒径仅 为7.2 nm的金红石相纳米粉体为前驱体得到了长度为500 nm的长二氧化钛纳米管。 用纳米晶反应活性对晶粒尺寸的依赖性及晶相稳定性解释了长纳米管的形成机理。     

甲醇选择氧化MoO3—TiO2催化剂的研究

用XRD、LRS、ESR、XPS等方法对机械混合物焙烧法制备的两组MoO_3—TiO_2催化剂进行了表征,同时考察了催化剂的甲醇选择氧化活性和选择性。结果表明:MoO_3与TiO_2机械混合物在450℃焙烧过程中发生TiO_2中锐钛矿转变成金红石的相变,但若将TiO_2在空气中550℃预处理8h后再与MoO_3混合焙烧则未观察到相变的发生。在上述两组催化剂中都发生了MoO_3在TiO_2表面的分散。当MoO_3含量小于10wt％时,MoO_3晶相消失,钼以表面钼氧物种存在。MoO_3与TiO_2之间的强相互作用导致Mo(Ⅴ)的生成和pKa≤+3.3的表面酸位的产生。TiO_2晶型对催化剂表面结构及反应活性有明显影响,锐钛矿转变为金红石使最佳反应温度提高20～40℃,Mo在表面富集程度增大,而Mo(Ⅴ)和表面酸位浓度下降。表面Mo(Ⅴ)和高分散于表面的八面体配位钼氧物种可能是甲醇氧化的活性位。     

电镀法制备Pt/TiO2纳米管电极及其电催化析氢性能

采用阳极氧化法制备得到锐钛矿型二氧化钛(TiO₂)纳米管阵列,在其表面通过电镀法沉积Pt,得到了低铂的Pt/TiO₂纳米管电极(Pt/TiO₂?NTs)。通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜对其进行形貌表征后发现,Pt较为均匀地分布于TiO₂纳米管阵列中。进一步的电催化析氢结果表明,Pb/TiO₂?NTs在10 mA·cm^-2时,过电位为0.079 V,塔菲尔斜率为42.7 mV·dec-1,较Pt/TiO₂致密膜电极(Pt/TiO₂?F)以及商业Pt/C催化剂显示了更为优异的催化活性。同时,在长循环稳定性测试(3000个周期)中,Pb/TiO₂?NTs相较于上述2种对比电极显示了更为优异的稳定性。     

TiO_2薄膜晶相转换的光谱分析

采用溶胶-凝胶法在石英玻璃衬底上用旋涂法制备了TiO2薄膜样品,对样品在800-1100℃范围内进行退火处理,并对样品进行了拉曼光谱、透射光谱和荧光发光(PL)光谱测试.拉曼谱测试表明,随退火温度的升高,样品由锐钛矿相经锐钛矿与金红石的混相最终变为金红石相.透射谱测试表明,样品的吸收带边随着样品的相转换而发生红移.在总的趋势上,样品的折射率n随相转换而升高,厚度d和带隙Eg随相转换而降低.荧光发光光谱测试表明,在557-570nm和794-812nm范围内出现了两个发光光谱带.随着相转换,557-570nm范围内的发光光谱强度由强到无,而794-812nm范围内的发光光谱强度由弱到强.