Ru(bpy)2(NCS)2染料敏化CdS/Zn2+TiO2复合半导体纳米多孔膜的光电化学

采用水热法合成了Zn²⁺离子掺杂的TiO₂纳米粒子[Zn²⁺掺杂量0.5%(物质的量的比)],并用光电化学方法研究了经Ru(bpy)₂(NCS)₂(bpy=2,2′bipyridine₄,4′dicarboxylicacid)分别敏化的掺杂Zn²⁺的TiO₂电极(简写为Zn²⁺-TiO₂)和CdS/Zn²⁺-TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极的光电化学行为.实验证明Ru(bpy)₂(NCS)₂敏化CdS/Zn²⁺-TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极比单独敏化Zn²⁺-TiO₂电极的光电转换效率高,且敏化Zn²⁺TiO₂电极和敏化CdS/Zn²⁺TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极比Zn²⁺-TiO₂电极的光电流产生的起始波长都向长波方向移动.在360600nm范围内,Ru(bpy)₂(NCS)₂敏化CdS/Zn²⁺-TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极光电转换效率最好.     

金属离子掺杂二氧化钛及水体光催化脱氮研究

采用溶胶-凝胶法制备了掺杂Ce³⁺、La³⁺、Ag⁺、Fe³⁺的TiO₂光催化剂,以考察其薄膜和粉体形式对水中无机氮的光催化去除效果和活性.用所制备的催化剂对含氨氮-亚硝酸氮的混合液进行了光催化脱氮研究.本文利用UV-Vis吸收光谱、XRD和TEM对催化剂进行了表征.同时,对影响TiO₂光催化效率的因素:如掺杂金属离子的种类、浓度、涂膜层数、反应液中有无Fe²⁺、不锈钢和玻璃载体、反应器的构型等进行了探讨,并对今后的研究进行展望.经过2 h紫外光照射反应,实验最佳脱氮效果:金属离子掺杂TiO₂薄膜型催化剂总氮去除率在30%左右,金属离子掺杂粉末型催化剂光催化最高总氮去除率可达41.7%.     

吡啶取代的Lindqvist型多酸的线性和非线性光学性质及阳离子检测功能的理论研究

采用密度泛函理论B3LYP方法计算了吡啶取代的Lindqvist型多酸(POMs)的线性(最大吸收波长, λ_max)和非线性光学(NLO)[超瑞利散射(HRS)的第一超极化率, β_HRS]性质, 探讨了其作为潜在阳离子检测剂的可能性. 金属离子吸附能计算结果表明, 吡啶取代的Lindqvist型多酸配体与金属离子之间均有较强的相互作用, 相互作用强度大小顺序为Ni²⁺>Cu²⁺>Co²⁺>Fe²⁺>Zn²⁺>Mg²⁺>Ca²⁺. 电子光谱和β_HRS计算结果表明, 引入适当的供、 受电子基团对该多酸配体进行修饰可有效调节线性和二阶NLO性质; 同时, 吡啶取代的Lindqvist型多酸对7种金属离子(Cu²⁺, Zn²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Fe²⁺)表现出了不同的检测行为.     

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.     

三乙醇胺在金属电沉积中的基本效应

用微分电容法、极谱法、原位表面增强拉曼光谱法和微盘电极法研究了碱性溶液中存在和不存在Zn²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Fe³⁺和Sn⁴⁺等离子时三乙醇胺(TELA)在电极/溶液界面上的电化学行为。结果表明,TELA以平卧方式吸附,符合Frumkin吸附等温线。在碱性溶液中TELA与Zn²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺和Fe³⁺等离子生成具有表面活性的混合配体配合物,其吸附性较TELA的强。TELA不同程度地影响上述金属离子的电还原过程,根据实验结果提出TELA对锌电沉积的阻化作用机制及其基本效应。     

柔性TiO2纳米管薄膜电极的制备及其光电性能

采用水热合成法制备出TiO₂纳米管,通过XRD、TEM和氮气等温吸附-脱附仪等测试手段对TiO₂纳米管进行了表征.用烧结的TiO₂纳米管和P25粉末混合制成薄膜电极,并研究了薄膜电极的表面形貌、染料吸附量和光电性能.研究表明,加入TiO₂纳米管可以制备出机械稳定的薄膜;掺杂TiO₂纳米管的含量越多,薄膜电极的染料吸附量越大;掺杂5%烧结纳米管粉末的薄膜电极的光电性能最好,其短路电流可达3.25mA,光电转换效率达到1.67%.     

Fe3+掺杂TiO2/凹凸棒复合光催化剂的制备和光催化活性

用酸催化溶胶-凝胶法制备了Fe³⁺掺杂TiO₂/凹凸棒（Fe³⁺-TiO₂/ATP）复合光催化剂,对其结构、微观形貌、光吸收性能和可见光下的光催化性能进行了表征。XRD和TEM测试结果表明,Fe³⁺-TiO₂/ATP具有较好的热稳定性,经450 ℃热处理后的ATP晶体结构基本保持不变,锐钛矿TiO2均匀的分布在ATP表面,TiO2颗粒之间无团聚,且平均粒径小于纯TiO₂。UV-Vis-DRS测试结果表明,Fe³⁺的掺杂可明显增强复合光催化剂对可见光的吸收,光响应范围拓展到了整个紫外-可见光区。在可见光下,Fe³⁺-TiO₂/ATP复合光催化剂对亚甲基蓝具有很好的催化降解活性。Fe³⁺-TiO₂/ATP的反应速率常数分别为TiO₂/ATP、P25和纯TiO2的1.37、4.83和6.51倍。复合光催化剂的沉降性能优于纯TiO2和P25,易于分离。     

室温下快速合成超小Fe3+掺杂BiF3纳米粒子

室温下快速合成了Fe³⁺掺杂的BiF₃超小纳米粒子,只需要反应1 min,较小的Fe³⁺离子即可替代BiF₃晶格中较大的Bi³⁺离子.随着Fe³⁺掺杂量的增加,BiF₃：Fe³⁺纳米粒子的粒径不断减小,当Fe³⁺的掺杂量达到0.119时,可以得到尺寸约为6.9 nm的Fe³⁺掺杂BiF₃超小纳米粒子.此外,Fe³⁺离子的掺杂使BiF₃：Fe³⁺-x样品的能带结构发生了显著变化.制备的Fe³⁺掺杂BiF₃超小纳米粒子在光催化剂和荧光材料方面具有潜在的应用价值.     

3d过渡金属掺杂TiO2纳米晶膜电极的光电化学研究

应用原子力显微镜和X射线粉末法对3d过渡金属离子Cr(Ⅲ),Fe(Ⅲ),Mn(Ⅱ),Co(Ⅱ),Ni(Ⅱ),Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)掺杂TiO₂纳米晶粒(简写为m^3d-TiO₂)作了表征,并用光电化学方法研究了m^3d-TiO₂纳米结构多孔膜电极.实验结果表明,m^3d-TiO₂纳米粒子的颗粒较均匀,粒径约为15nm,其晶型为锐钛矿和板钛矿的混晶.在所研究的m^3d-TiO₂中,只有Zn²⁺-TiO₂电极的光电流大于未掺杂的TiO₂纳米结构多孔膜电极.3d金属离子的掺杂引起各电极的光电流信号在一定波长范围内出现p-n转型现象.     

二氧化钛系列光催化剂的拉曼光谱

采用溶胶-凝胶法制备了TiO₂粉体和薄膜光催化剂.使用FT-Raman光谱和激光共聚焦拉曼光谱研究了粉体和薄膜的拉曼光谱,探讨了热处理条件、Fe³⁺掺杂和以硅胶为载体的薄膜化所引起的TiO₂结构变化.结果表明,TiO₂在350℃存在由无定形向锐钛矿相的转变,600℃下存在锐钛矿相向金红石相的转变,750℃下完全转变为金红石相;掺杂会引起TiO₂的晶格畸变,导致拉曼谱峰宽化;以硅胶为载体的TiO₂负载薄膜的部分拉曼谱峰与粉体相比,有一定的位移和宽化.     

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。     

Fe2O3/TiO2纳米管的制备及其光电催化降解染料废水性能

采用阴极电沉积和阳极氧化法制备了Fe2O3改性TiO2纳米管(Fe2O3/TiO2-NTs)电极,运用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射和紫外-可见漫反射光谱等手段对其进行了表征,考察了其光电化学性能,并研究了复合电极光电催化降解甲基橙染料废水的反应性能.结果表明,Fe2O3的负载成功地将TiO2-NTs的光响应区间拓宽到可见光区域,Fe2O3/TiO2-NTs复合电极的光电流密度达到TiO2-NTs电极的3倍.在光电催化反应中,Fe2O3/TiO2-NTs复合电极对甲基橙的脱色效果明显优于TiO2-NTs电极,以Fe2O3/TiO2-NTs为阳极,光照5min,甲基橙溶液的脱色率可达90%以上.     

Effect of 3<Emphasis Type="Italic">d</Emphasis>-metal dopants on the electronic properties of hexagonal titanium dioxide nanotubes

The electronic structure of hexagonal TiO₂ nanotubes doped with 3d transition metals from Sc to Zn was calculated by the linearized augmented cylindrical wave method. The calculated densities of states demonstrate that the substitution of Sc, V, Co, Cu, or Fe atoms for a part of Ti atoms leads to the decrease in the band gap width of the material from 4 to 2 eV. Such nanotubes are promising materials for creation of electrodes for electrochemical photolysis of water.     

均三嗪衍生物应用于Fe3+和Cu2+的选择性识别研究

合成了2,4-二甲基-6-(4’-N,N-二甲氨基苯乙烯基)-1,3,5-均三嗪(1)和2-苯乙烯基-4,6-二甲基-1,3,5-均三嗪(2)两种化合物,并对其进行了1H NMR,MS,元素分析等表征.采用吸收光谱法研究了金属离子与化合物间的相互作用,结果显示:化合物1对Fe3+和Cu2+表现出高选择性光谱响应,其最大吸收波长由393 nm分别红移至525 nm和513 nm,溶液颜色由黄色变为粉红色.化合物1与Fe3+结合形成1∶1型配合物,其结合常数为1.8×104L mol-1;与Cu2+结合形成2∶1型配合物,其结合常数为2.6×1010L mol-1.化合物2仅对Fe3+呈现显著的光谱变化,其最大吸收波长由304nm红移至357 nm,而Cu2+的加入未引起光谱明显变化,2与Fe3+亦形成1∶1型配合物,结合常数为1.0×105L mol-1.结果表明Fe3+可能与化合物1和2中三嗪N配位,而Cu2+与化合物1中甲氨基中的N配位.同时考察了其它金属离子如Li+,K+,Mg2+,Ca2+,Co3+,Ni2+,Ag+,Cd2+,Hg2+和Zn2+等离子对化合物1和2吸收光谱的影响,结果显示两者光谱均无明显变化,据此提出了高选择性Fe3+,Cu2+的识别体系.     

Simultaneous determination of Cu2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+ and Pb2+ by using second-derivative spectrophotometry method

A new method of simultaneous determination of Cu2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+ and Pb2+ is proposed here by using the second-derivative spectrophotometry method. In pH=10.35 Borax-NaOH buffer, using meso-tetra (3-methoxyl-4-hydroxylphenyl) porphyrin ([T-(3-MO-4-HP)P]) as chromomeric reagent, micelle solution was formed after Tween-80 surfactant was added into the solution containing Cu2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+ and Pb2+ ions. The original absorption spectrum of the above complexes was obtained after heating in the boiling water for 25 min. The second-derivative absorption peaks of five metal-porphyrin complexes can be separated from the original absorption spectrum by using chemometric tool. In this way, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+ and Pb2+ ions can be determined simultaneously. Under the optimal conditions, the linear ranges of the calibration curve were 0-0.60, 0-0.60, 0-0.40, 0-0.80 and 0-0.48 μg mL(-1) for Cu2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+ and Pb2+, respectively. The molar absorptivity of these color systems were 1.38×10(5), 1.01×10(5), 3.24×10(5), 1.07×10(5) and 1.29×10(5)Lmol(-1)cm(-1). The method developed in this paper has advantages in selectivity, sensitivity, operation and can effectively resolve spectra overlapping problem. This method has been applied to determine the real samples with satisfactory results.     

Cu掺杂TiO2及其纳米管的制备、表征与光催化性能

通过溶胶-凝胶法和水热法制备了Cu掺杂TiO₂纳米粉末及其纳米管,并通过XRD、TEM、FE-SEM、EDS、UV-Vis/DRS等手段分析了样品的结构。发现以Cu掺杂TiO₂纳米粉末为水热反应原料制备的纳米管中不含Cu,对其原因进行了分析讨论并通过Zn掺杂TiO₂纳米粉末证实：以金属掺杂TiO₂纳米粉末为原料,通过水热法制备TiO₂纳米管中不含有相应金属离子,这是由于金属离子在强碱水热条件下形成金属配离子,使金属离子溶解于水中而不能形成金属掺杂TiO₂纳米管。对所得样品进行了光催化性能测试,发现：Cu掺杂TiO₂粉末的光催化产氢效率为0.75 μmol·(g·h)^-1,高于由其本身及P25通过水热法制备的TiO₂纳米管(分别为：0.42 μmol·(g·h)^-1,0.25 μmol·(g·h)^-1)的光催化产氢效率。     

Neutral bidentate organophosphorus compounds as novel ionophores for potentiometric membrane sensors for barium(II)

Bis(diarylphosphine oxide) naphthalene compounds are used as novel ionophores in plasticized poly(vinyl chloride) matrix membrane sensors for barium ions. The most favorable sensor was 1,2-bis(diethylphenylphosphine oxide)naphthalene containing potassium tetrakis(4-chlorophenyl)borate as lipophilic salt and o-nitrophenyloctyl ether as plasticizer for ion-selective electrode membrane construction. The electrode showed excellent properties. It gave a linear response with a Nernstian slope of 30 mV per decade within the concentration range 10(-1)-10(-5) mol L(-1) BaCl2. The electrode exhibits a high selectivity towards Ba2+ with respect to Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, NH4+, Ag+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Pb2+, Al3+, La3+, and Ce3+ ions. The electrode response was stable over a wide pH range (3-11). The lifetime of the electrode was about 2 months. It was successfully applied to the determination of Ba2+ contents in some rocks.     

Structural feature and catalytic performance of Cu species distributed over TiO2 nanotubes

Copper oxide was deposited on tubular TiO2 via Cu2+ introduction into a titanate nanotube aggregate followed by calcination. The titanate has a layered structure allowing Cu intercalation and can readily transform into anatase TiO2 via calcination for condensation of the constituting layers. The activity of the tubular catalysts, with a Cu content of 2 wt %, in selective NO reduction with NH3 was compared with those of other 2 wt % Cu/TiO2 catalysts using TiO2 nanoparticles as the support. The Cu species supported on the nanotubes showed a higher activity than those supported on the nanoparticles. X-ray absorption near-edge structure (XANES) analysis showed that the Cu species on all the TiO2 supports are in the +2 state. Extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) investigations of these catalysts reflected higher degrees of CuO dispersion and Cu2+ dissolution into the TiO2 lattice for the tubular Cu/TiO2 catalysts. Absence of CuO bulk detection by a temperature-programmed reduction analysis for the tubular catalysts confirmed the high CuO-dispersion feature of the tubular catalysts. The dissolution of Cu2+ to form a CuxTi1-xO2 type of solid solution was improved by using an in-situ ion-intercalation method for Cu deposition on the nanotubes. A fraction as high as 40% for Cu2+ dissolution was obtained for the tubular catalysts while only 20% was obtained for the particulate catalysts. The CuxTi1-xO2 species were considered one form of the active sites on the Cu/TiO2 catalysts.     

Fe3+掺杂TiO2光催化纤维材料的制备及表征

以棉花纤维为模板制备了一系列Fe3+掺杂的、具有中空纤维结构的TiO2光催化材料(Fe3+/TiO2), 利用热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、zeta电位、红外光谱(IR)和紫外-可见光谱(UV-Vis)等技术对其形貌、晶体结构及表面结构、光吸收特性等进行了表征. 以亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解为模型反应, 考察了不同Fe3+掺杂量的样品在太阳光下的光催化性能. 结果表明, 用模板法制备的Fe3+/TiO2中空纤维结构材料表面存在大量纳米微粒(平均尺寸约12 nm); Fe3+可能均匀分散于锐钛矿结构的TiO2中, 部分取代Ti4+的晶格位置, 既拓宽了TiO2的光谱响应范围, 又形成了TiO2晶体结构的缺陷, 使其表面带负电荷. 在太阳光条件下, 该纤维结构材料较纯TiO2对MB溶液具有更好的光催化脱色降解效果, 且Fe3+的掺入量显著影响该纤维材料的催化性能; 当Fe3+掺杂量为0.15%(w), 在500 ℃焙烧2 h所得中空纤维材料的催化性能最好, 2 h即可使MB溶液的脱色降解率达93%; 重复使用5次仍可使MB溶液的脱色降解率保持在90%以上, 且该催化剂材料易于离心分离去除. 因此, 以该模板合成法, 通过Fe3+的掺杂有望使TiO2成为一种低或无能耗、高活性的绿色环保型催化材料.