铁、氦共掺杂二氧化钛薄膜的亲水性能

采用溶胶-凝胶法制备了铁掺杂TiO2(Fe-TiO2)薄膜,将Fe-TiO2薄膜放置氨气气氛中高温处理,形成铁、氮共掺杂TiO2(Fe/N-TiO2)薄膜.通过XRD、XPS、SEM、UV-Vis法进行吸收光谱分析及薄膜表面亲水接触角分析,研究了铁、氮掺杂浓度,热处理温度,膜厚等因素对薄膜亲水性能的影响.结果表明,Fe/N-TiO2(0.5%Fe,摩尔百分数)显示出更佳的亲水性能,在可见光下优势尤为明显.铁掺杂主要作用是降低电子和空穴的复合几率,氮掺杂可以增强TiO2薄膜在可见光区的吸收,两种效应相互结合,共同提高了薄膜在可见光下的亲水性能.     

氮铂共掺杂纳米二氧化钛的制备及表征

采用溶胶-凝胶法制备了氮掺杂纳米TiO2(N-TiO2),并用光分解沉积法在N-TiO2表面负载上微量金属Pt形成铂-氮共掺杂纳米TiO2(Pt/N-TiO2).通过X射线衍射、光电子谱、紫外-可见吸收、扫描电镜和光电流测试对催化剂进行了表征.结果表明:Pt和N共掺杂对TiO2的晶型和形貌影响不大,但其吸收边带较纳米TiO2约红移20nm,Pt/N-TiO2电极在可见光区的光电流约为纳米TiO2电极的4倍.     

铁掺杂TiO2纳米管阵列对不锈钢的光生阴极保护

在含FeSO4的HF、H2SO4/HF、NaF/Na2SO4溶液中,通过电化学阳极氧化直接在纯钛表面制备Fe 掺杂的TiO2(Fe-TiO2)纳米管阵列. 应用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、X 射线光电子能谱(XPS)等手段对纳米管阵列的结构、形貌及化学组成进行表征. 利用光电化学测量研究Fe-TiO2纳米管阵列在不同波长范围内的光电响应特性和光生阴极保护行为. 考察了温度、时间、掺杂含量等参数对TiO2纳米管阵列的几何尺寸、形貌和光电性能的影响. 结果表明, Fe掺杂可有效减缓TiO2纳米管阵列载流子的复合, 窄化TiO2带隙宽度, Fe-TiO2在410-650 nm范围显示强吸收, 并使光谱响应扩展到波长大于400 nm 的可见光区. 实验结果还表明, Fe-TiO2纳米管阵列对316不锈钢(316L)具有良好的光生阴极保护作用, 暗态下阴极保护作用可继续维持.     

Fe掺杂对纳米TiO2薄膜的结构与光催化性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Fe掺杂的TiO2薄膜,利用X射线光电子能谱、X射线衍射技术、显微共聚焦拉曼光谱、紫外可见光谱和原子力显微镜等对薄膜进行表征,以甲基橙为反应模型对光催化活性进行测试。 结果表明,在300~600 ℃焙烧时,TiO2以锐钛矿结构存在,700 ℃焙烧时出现金红石结构。 随掺铁量和焙烧温度的增加,Fe/TiO2薄膜的表面粗糙度和晶粒尺寸均逐渐增大;随镀膜层数的增加,Fe/TiO2薄膜光谱吸收向可见光方向移动;较低含量的铁掺杂改善了TiO2薄膜的光催化活性,而较高含量的铁掺杂则使TiO2薄膜的光催化活性下降,掺铁量为0.1%时Fe/TiO2薄膜的光催化活性最好。     

掺铁氧化钛活性炭负载体制备及其对活性艳红K2G的光催化降解

通过优化的溶胶-凝胶法制备活性炭负载的铁掺杂TiO2(Fe-TiO2/AC)复合体,使用比表面积分析仪、扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、荧光光谱等对其结构特征进行表征.采用活性艳红K2G水溶液为标准模型降解物,对其光催化性能进行评价.结果表明:活性炭负载Fe-TiO2后,仍然保持有很高的比表面积,原因是活性炭的大孔和中孔没有被堵塞.Fe-TiO2/AC中没有Fe离子衍射峰出现,可能归功于Fe离子半径和Ti相近或掺杂量少,也表明对TiO2纳米颗粒的晶型结构没有影响.相对于纯TiO2,由于活性炭载体大的比表面积和强的吸附力,使其表面上的TiO2纳米颗粒分散好,同时铁的掺杂使TiO2纳米颗粒尺寸进一步降低.另外,复合体中掺杂在TiO2中的Fe有两种存在形式,即Fe2O3和FeO.由于活性炭载体和Fe离子的掺杂浓度对光生空穴-电子对复合率的影响,从而导致活性炭负载化和Fe掺杂及其浓度的大小都对复合体荧光强度产生影响.相比于纯TiO2、0.3%Fe-TiO2、TiO2/AC、0.5%Fe-TiO2/AC和0.1%Fe-TiO2/AC,0.3%Fe-TiO2/AC显示出最大的光催化活性,并能使活性艳红K2G在有限的时间内完全矿化,这归功于恰当浓度的Fe离子掺杂和活性炭负载.另外,0.3%Fe-TiO2/AC降解活性艳红K2G的动力学常数(k=0.0229min-1)比TiO2/AC(0.0154min-1)和0.3%Fe-TiO2(0.0057min-1)两者动力学常数之和还大,原因可能是活性炭负载和铁离子掺杂同时影响,对于提高TiO2光催化活性具有放大效应.     

低含量铁掺杂对TiO_2薄膜结构和亲水性能的影响

采用溶胶-凝胶法在普通载玻片上制备了锐钛矿型TiO2和Fe/TiO2薄膜,并通过SEM、XRD、XPS、AFM和PAS等技术对其进行表征。结果表明,铁离子掺入后,TiO2薄膜变得更加致密,铁离子以Fe2O3的形式存在,0.1%Fe/TiO2薄膜的正电子寿命最长。在可见光照射下,TiO2薄膜表现为明显的亲水性。对于Fe/TiO2薄膜,随着铁掺杂量的增加,亲水性呈先增加后趋于平衡的趋势,镀膜5层、450℃焙烧时薄膜的亲水性最佳。     

水热沉淀法制备掺铁二氧化钛中空球及其光催化性能

 以碳球为模板剂, 采用水热沉淀法制备了不同配比掺 Fe 的 TiO2 (Fe-TiO2) 中空球, 并运用 X 射线粉末衍射、扫描电子显微镜、元素分析能谱、红外光谱和热重等方法对其进行了表征. 结果表明, 中空球为锐钛矿相, 大小为 0.5~3.20 ?m, 壳层厚度为 30~60 nm, 比表面积为 150~300 m2/g. 随着 Fe 掺杂量的增加, 中空球在可见光区的吸收强度逐渐增加. 光催化降解实验表明, 掺 Fe 后, TiO2 中空球的可见光催化活性升高, 其中 0.5% Fe-TiO2 在 80 min 内降解亚甲基蓝超过 75%. 同时还讨论了光催化机制.     

氮掺杂二氧化钛薄膜的光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了氮掺杂Ti O2薄膜;利用X射线光电子能谱仪、紫外-可见光谱仪表征了所制备的薄膜的化学状态和光吸收性能;并考察了可见光照射下薄膜的亲水性能和光催化性能.结果表明:N通过取代部分O的方式进入到Ti O2薄膜中,且掺杂后在可见光区的光吸收增强;最优条件下,Ti O2-xNx薄膜的接触角由31°降到12°,亲水化速度常数为0.018,可见光照射3 h,亚甲基蓝的降解率达到45%.     

N掺杂TiO2纳米膜吸附胆红素分子的石英晶体微天平研究

以柠檬酸催化溶胶-凝胶法合成了晶粒尺寸为16.9 nm的锐钛矿型N掺杂TiO2(N-TiO2)纳米颗粒,并用旋转涂膜法制备了N-TiO2纳米薄膜.采用石英晶体微天平(QCM)技术研究了胆红素在纳米N-TiO2膜表面的吸附动力学行为,考察了缓冲溶液pH、硅烷亲脂试剂三甲基氯硅烷及金属离子修饰纳米N-TiO2膜对胆红素吸附...     

超临界乙醇干燥法制备高热稳定性Fe-TiO2

以TiCl4和Fe(NO3)3为前体,采用共沉淀法和乙醇超临界干燥技术合成了具有不同Fe3 掺杂量的TiO2,样品织构性质用XRD、TEM、BET、TG和UV-vis等技术表征.研究结果表明,超临界干燥方法可以有效地提高Fe-TiO2样品的热稳定性,样品在500℃焙烧时Fe3 对TiO2的比表面积、晶粒度、晶相等性质影响不大,即使在800℃焙烧还能保持锐钛矿晶型.但Fe3 在掺杂量小于0.5at%时,Fe3 会与TiO2晶格中的Ti4 发生同晶取代,从而使TiO2的锐钛矿晶胞参数和晶胞体积增大,导致晶格应力和表面张力增加;当Fe3 掺杂量大于0.5at%时,Fe3 以氧化物形式在TiO2表面聚集,在800℃热处理中晶粒更易被烧结增大;漫反射UV-vis光谱表征发现,Fe3 掺杂提高了样品对可见光的吸收,随着Fe3 含量和焙烧温度的提高,样品对可见光的吸收也随着增加.但是Fe3 掺杂降低了锐钛矿TiO2在紫外光下降解甲基橙速率,这表明锐钛矿TiO2的光催化活性与样品的晶格缺陷和颗粒尺寸密切相关.     

Preparation of nitrogen-substituted TiO2 thin film photocatalysts by the radio frequency magnetron sputtering deposition method and their photocatalytic reactivity under visible light irradiation

Nitrogen-substituted TiO2 (N-TiO2) thin film photocatalysts have been prepared by a radio frequency magnetron sputtering (RF-MS) deposition method using a N2/Ar mixture sputtering gas. The effect of the concentration of substituted nitrogen on the characteristics of the N-TiO2 thin films was investigated by UV-vis absorption spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM) analyses. The absorption band of the N-TiO2 thin film was found to shift smoothly to visible light regions up to 550 nm, its extent depending on the concentration of nitrogen substituted within the TiO2 lattice in a range of 2.0-16.5%. The N-TiO2 thin film photocatalyst with a nitrogen concentration of 6.0% exhibited the highest reactivity for the photocatalytic oxidation of 2-propanol diluted in water even under visible (lambda > or = 450 nm) or solar light irradiation. Moreover, N-TiO2 thin film photocatalysts prepared on conducting glass electrodes showed anodic photocurrents attributed to the photooxidation of water under visible light, its extent depending on wavelengths up to 550 nm. The absorbed photon to current conversion efficiencies reached 25.2% and 22.4% under UV (lambda = 360 nm) and visible light (lambda = 420 nm), respectively. UV-vis and photoelectrochemical investigations also confirmed that these thin films remain thermodynamically and mechanically stable even under heat treatment at 673 K. In addition, XPS and XRD studies revealed that a significantly high substitution of the lattice O atoms of the TiO2 with the N atoms plays a crucial role in the band gap narrowing of the TiO2 thin films, enabling them to absorb and operate under visible light irradiation as a highly reactive, effective photocatalyst.     

以尿素为氮源制备氮改性二氧化钛及其改性机理

以钛酸丁酯为前驱体,以尿素为氮源,采用改进溶胶-凝胶法制备了不同N含量的改性TiO2光催化剂(N-TiO2).以重铬酸钾为目标污染物,以甲酸为空穴捕获剂,评价了可见光下该催化剂的催化还原活性.结果表明,N-TiO2催化剂活性明显高于未改性催化剂,当催化剂中N/Ti摩尔比为10%、焙烧温度为400℃时,其光催化还原活性最...     

N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列的掺杂机理及其光催化活性

以ZnO纳米柱阵列为模板, 采用溶胶-凝胶法制备出TiO2/ZnO和N掺杂TiO2/ZnO的复合纳米管阵列. 扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)的结果表明: 两种阵列的纳米管均为六角形结构, 直径约为100 nm, 壁厚约为20 nm; 在N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列中, 掺入的N离子主要是以N-Ox、N-C和N-N的形式化学吸附在纳米管表面, 仅有少量的N离子以取代式掺杂的方式占据TiO2晶格O的位置; 表面N物种形成的表面态能级和取代式掺杂导致带隙的窄化, 增强了纳米管阵列的光吸收效率, 促进了光生载流子的分离. 光催化实验结果表明, N离子的掺杂有利于N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列光催化活性的提高.     

N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列的掺杂机理及其光催化活性

以ZnO纳米柱阵列为模板, 采用溶胶-凝胶法制备出TiO2/ZnO和N掺杂TiO2/ZnO的复合纳米管阵列. 扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)的结果表明: 两种阵列的纳米管均为六角形结构, 直径约为100 nm, 壁厚约为20 nm; 在N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列中, 掺入的N离子主要是以N-Ox、N-C和N-N的形式化学吸附在纳米管表面, 仅有少量的N离子以取代式掺杂的方式占据TiO2晶格O的位置; 表面N物种形成的表面态能级和取代式掺杂导致带隙的窄化, 增强了纳米管阵列的光吸收效率, 促进了光生载流子的分离. 光催化实验结果表明, N离子的掺杂有利于N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列光催化活性的提高.     

N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列的掺杂机理及其光催化活性

以ZnO纳米柱阵列为模板, 采用溶胶-凝胶法制备出TiO2/ZnO和N掺杂TiO2/ZnO的复合纳米管阵列. 扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)的结果表明: 两种阵列的纳米管均为六角形结构, 直径约为100 nm, 壁厚约为20 nm; 在N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列中, 掺入的N离子主要是以N-Ox、N-C和N-N的形式化学吸附在纳米管表面, 仅有少量的N离子以取代式掺杂的方式占据TiO2晶格O的位置; 表面N物种形成的表面态能级和取代式掺杂导致带隙的窄化, 增强了纳米管阵列的光吸收效率, 促进了光生载流子的分离. 光催化实验结果表明, N离子的掺杂有利于N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列光催化活性的提高.     

N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列的掺杂机理及其光催化活性

以ZnO纳米柱阵列为模板, 采用溶胶-凝胶法制备出TiO2/ZnO和N掺杂TiO2/ZnO的复合纳米管阵列. 扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)的结果表明: 两种阵列的纳米管均为六角形结构, 直径约为100 nm, 壁厚约为20 nm; 在N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列中, 掺入的N离子主要是以N-Ox、N-C和N-N的形式化学吸附在纳米管表面, 仅有少量的N离子以取代式掺杂的方式占据TiO2晶格O的位置; 表面N物种形成的表面态能级和取代式掺杂导致带隙的窄化, 增强了纳米管阵列的光吸收效率, 促进了光生载流子的分离. 光催化实验结果表明, N离子的掺杂有利于N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列光催化活性的提高.     

N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列的掺杂机理及其光催化活性

以ZnO纳米柱阵列为模板, 采用溶胶-凝胶法制备出TiO2/ZnO和N掺杂TiO2/ZnO的复合纳米管阵列. 扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)的结果表明: 两种阵列的纳米管均为六角形结构, 直径约为100 nm, 壁厚约为20 nm; 在N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列中, 掺入的N离子主要是以N-Ox、N-C和N-N的形式化学吸附在纳米管表面, 仅有少量的N离子以取代式掺杂的方式占据TiO2晶格O的位置; 表面N物种形成的表面态能级和取代式掺杂导致带隙的窄化, 增强了纳米管阵列的光吸收效率, 促进了光生载流子的分离. 光催化实验结果表明, N离子的掺杂有利于N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列光催化活性的提高.     

N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列的掺杂机理及其光催化活性

以ZnO纳米柱阵列为模板, 采用溶胶-凝胶法制备出TiO2/ZnO和N掺杂TiO2/ZnO的复合纳米管阵列. 扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)的结果表明: 两种阵列的纳米管均为六角形结构, 直径约为100 nm, 壁厚约为20 nm; 在N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列中, 掺入的N离子主要是以N-Ox、N-C和N-N的形式化学吸附在纳米管表面, 仅有少量的N离子以取代式掺杂的方式占据TiO2晶格O的位置; 表面N物种形成的表面态能级和取代式掺杂导致带隙的窄化, 增强了纳米管阵列的光吸收效率, 促进了光生载流子的分离. 光催化实验结果表明, N离子的掺杂有利于N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列光催化活性的提高.     

N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列的掺杂机理及其光催化活性

以ZnO纳米柱阵列为模板, 采用溶胶-凝胶法制备出TiO2/ZnO和N掺杂TiO2/ZnO的复合纳米管阵列. 扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)的结果表明: 两种阵列的纳米管均为六角形结构, 直径约为100 nm, 壁厚约为20 nm; 在N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列中, 掺入的N离子主要是以N-Ox、N-C和N-N的形式化学吸附在纳米管表面, 仅有少量的N离子以取代式掺杂的方式占据TiO2晶格O的位置; 表面N物种形成的表面态能级和取代式掺杂导致带隙的窄化, 增强了纳米管阵列的光吸收效率, 促进了光生载流子的分离. 光催化实验结果表明, N离子的掺杂有利于N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列光催化活性的提高.