纳米TiO2混晶的形成及其对光催化性能的影响

用溶胶-凝胶法通过改变晶型调节剂2-甲基-2,4戊二醇的添加量制备了金红石相和锐钛矿相比例不同的纳米TiO2混晶.以膨胀珍珠岩为载体,制备珍珠岩负载纳米TiO2混晶催化剂,以X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-visiblespectrum)、BET、Raman光谱等方法对纳米TiO2混晶和负载型纳米TiO2催化剂进行表征和性能测定,研究了催化剂的混晶效应对光催化降解甲基橙催化性能的影响.结果表明:晶型调节剂的含量及制备条件对混晶中金红石和锐钛矿相TiO2的比率有较大的影响.对于负载型纳米TiO2催化剂,混晶比影响催化剂的光催化降解效率,当混晶比为6.1时光催化效率最高,这一结果对光催化剂的制备和应用都具有重要的意义.     

金红石/锐钛矿混晶结构的TiO2薄膜光催化活性

采用磁控溅射法制备出一组金红石/锐钛矿混晶结构的纳米TiO2薄膜催化剂,并通过光催化降解苯酚实验考察该薄膜的催化性能. 光催化实验证明, 随着催化剂中金红石含量减少, 催化剂的光催化活性逐渐提高. X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、表面光电压谱(SPS)和原子力显微镜(AFM)结果表明, 催化剂为金红石和锐钛矿混晶结构, 并随着金红石含量减少, 催化剂的表面羟基(OH)和桥氧(—O—)的含量逐渐增加, 而且费米能级逐渐提高. 表面羟基和桥氧是有利于光催化的“活性物种”; 费米能级的提高使TiO2/H2O 面处TiO2的表面带弯增大, 导致了价带光生空穴参加光催化反应的几率增大, 有效地促进了光生载流子的分离; 这些因素是催化剂光催化活性逐渐提高的主要原因.     

金红石/锐钛矿混晶结构的TiO2薄膜光催化活性

采用磁控溅射法制备出一组金红石/锐钛矿混晶结构的纳米TiO2薄膜催化剂,并通过光催化降解苯酚实验考察该薄膜的催化性能.光催化实验证明,随着催化剂中金红石含量减少,催化剂的光催化活性逐渐提高.X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、表面光电压谱(SPS)和原子力显微镜(AFM)结果表明,催化剂为金红石和锐钛矿混晶结构,并随着金红石含量减少,催化剂的表面羟基(OH)和桥氧(-O-)的含量逐渐增加,而且费米能级逐渐提高.表面羟基和桥氧是有利于光催化的"活性物种";费米能级的提高使TiO2/H2O界面处TiO2的表面带弯增大,导致了价带光生空穴参加光催化反应的几率增大,有效地促进了光生载流子的分离;这些因素是催化剂光催化活性逐渐提高的主要原因.     

混晶Zr掺杂Pt/TiO2催化剂光热催化氧化苯

以TiOSO4和ZrOCO3为原料,采用共沉淀法制备了zr掺杂量为5%的TiO2样品,分别于500,650及700℃焙烧,然后采用等体积浸渍法负载贵金属Pt(0.5%)制得系列复合催化剂,并采用X射线衍射、N2物理吸附、紫外-可见漫反射光谱、傅里叶变换红外光谱及X射线光电子能谱对催化剂进行了表征.结果表明,Zr的掺杂提高了TiO2的晶型转变温度,催化剂的比表而积和TiO2品格缺陷增加,产生了较多的氧空位,催化剂的表面羟基和禁带宽度增加.适宜的锐钛矿/金红石混晶有效地分离了光生电子与空穴.催化剂在200℃和30W紫外光辐照卜进行光热催化氧化气相苯实验,结果表明,zr掺杂显著提高了催化剂活性,反应速率常数提高了62%～90%,适宜金红石相含量的混晶型催化剂活性较单-锐钛矿相更高,其中,650℃焙烧的zr掺杂混晶(含金红石8%)催化剂活性最高.气相苯的光热催化过程不是光催化与热催化的简单叠加,而是存在协同作用.     

TiO2纳米管阵列光电催化氧化处理氨氮废水

用电化学阳极氧化法制备了高度有序的钛基二氧化钛纳米管阵列薄膜。用场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)表征样品的形貌与晶型特征。以二氧化钛纳米管阵列为光阳极,石墨为对电极,测试了不同pH值和外加偏压条件下的光电流响应和光电催化氧化降解NH4Cl水溶液(以N计,100 mg·L-1)的效率。结果表明:所制备的TiO2纳米管阵列具有锐钛矿和金红石的混晶结构,且主要晶型为锐钛矿。光电流响应的强弱与光电催化氧化效率的高低相对应,降解氨氮废水的最佳条件为pH=11,偏压为1.0 V。     

镧系离子掺杂TiO2的制备及其对咪唑降解反应的光催化活性

 以TiCl4和镧系元素的氯化盐溶液为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备了不同含量镧系离子掺杂的TiO2光催化剂,用X射线衍射(XRD)、 光致发光光谱(PLS)、 表面光电压谱(SPS)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行了表征. XRD结果表明,样品为锐钛矿和金红石的混晶相,镧系离子未进入到TiO2晶格中. PLS和SPS测定结果表明,随着掺杂离子的不同和掺杂含量的不同,样品的谱强度呈现有规律的变化. 在紫外光照射下,以咪唑为目标降解物比较了催化剂的光催化活性. 结果表明,适当含量的镧系离子掺杂可有效促进TiO2表面光生载流子的分离,从而显著提高其光催化活性.     

纳米Co/TiO2 粉体的制备及其光催化性能

以钛酸丁酯为主要原料,利用溶胶-凝胶法制备了纳米TiO2,Co/TiO2粉体.掺杂钴能够延缓TiO2由锐钛矿相向金红石相转变,从而提高纳米Co/TiO2粉体的催化活性.经500 ℃焙烧的纳米Co/TiO2粉体,在紫外光源下能有效催化直接溴酚兰染料降解.     

SnO_2/TiO_2纳米管复合光催化剂的性能及失活再生

基于微波水热法和微乳液法合成SnO2/TiO2纳米管复合光催化剂.通过X射线衍射(XRD)、配有能量色散X射线光谱仪(EDX)的透射电镜(TEM)和电化学手段对光催化剂进行表征.以甲苯为模型污染物,考察光催化剂在紫外光(UV)和真空远紫外光(VUV)下的性能及失活再生.结果表明,SnO2/TiO2纳米管复合光催化剂形成三元异质结(锐钛矿相TiO2(A-TiO2)/金红石相TiO2(R-TiO2)、A-TiO2/SnO2和R-TiO2/SnO2异质结),促使光生电子-空穴对的有效分离,提高光催化活性.SnO2/TiO2表现出最佳的光催化性能,UV和VUV条件下的甲苯降解率均达100%,CO2生成速率(k2)均为P25的3倍左右.但由于UV光照矿化能力不足,中间产物易在催化剂表面累积.随着UV光照时间的增加,SnO2/TiO2逐渐失活,20 h后k2由138.5 mg·m-3·h-1下降到76.1 mg·m-3·h-1.利用VUV再生失活的SnO2/TiO2,过程中产生的·OH、O2-·、O(1D)、O(3P)、O3等活性物质可氧化吸附于催化剂活性位的难降解中间产物,使催化剂得以再生,12 h后k2恢复到143.6 mg·m-3·h-1.UV和VUV的协同效应使UV降解耦合VUV再生成为一种可持续的光催化降解污染物模式.     

碳和钇共掺杂对混相TiO2光催化性能的影响

TiO2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TiO2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TiO2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TiO2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TiO2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TiO2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-TiO2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-TiO2>Y-TiO2>C-TiO2>TiO2≈P25.此外,降解反应动力学研究表明C-Y-TiO2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TiO2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TiO2.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TiO2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TiO2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TiO2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.     

掺钴氧化钛电极的制备、表征及其光电性能

采用溶胶-凝胶法在纯钛片上制备了掺Co氧化钛薄膜光电极,运用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)等分析手段对其进行表征,并对其结构和性能的相互关系进行了研究.结果表明,掺5%Co, 500℃热处理的TiO2电极具有最大的可见光响应.过量的Co掺入将析出新相CoTiO3,并促使TiO2由锐钛矿型转变为金红石型,使电极光电效应减低.而高温处理的掺钴TiO2也将析出CoTiO3,对电极光电性能有阻碍作用.     

TiO2-SiO2复合气凝胶：常压干燥制备及性能表征

以廉价的四氯化钛和工业水玻璃为原料,通过溶胶-凝胶法制得TiO2-SiO2复合湿凝胶,用三甲基氯硅烷(TMCS)/乙醇(EtOH)/正己烷(Hexane)混合溶液对湿凝胶进行改性,常压干燥制备了TiO2-SiO2复合气凝胶.利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)及N2吸附/脱附法对复合气凝胶的形貌和性质进行了分析.结果表明,TiO2-SiO2复合气凝胶具有连续多孔结构,150℃干燥后复合气凝胶的比表面积为1 076 m2·g-1,孔体积为4.96 cm3·g-1;经550 ℃热处理后,复合气凝胶仍然具有高的孔隙率,比表面积为856 m2·g-1,孔体积为3.46 cm3·g-1.吸附和光催化降解罗丹明B的结果表明,复合气凝胶同时具有较好的吸附和光催化性能,其吸附/光催化协同作用活性优于纯SiO2气凝胶和锐钛矿TiO2粉末;且重复利用四次降解率仍然可达到89%.     

二氧化钛纳米粒子-氧化石墨烯/聚酰亚胺混合基质膜的原位聚合及气体渗透性能

以钛酸四丁酯为前驱体,采用浸渍-沉淀法制备二氧化钛纳米粒子-氧化石墨烯(TiO_2-GO)复合物,再将TiO_2-GO复合物与4,4'-(六氟异亚丙基)邻苯二甲酸酐和4,4'-二氨基二苯醚通过原位聚合构建TiO_2-GO/TiO_2-GO/PI(聚酰亚胺)混合基质膜,用于CO_2的渗透脱除.采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、热失重(TG)和Zeta电位等表征了TiO_2-GO复合物和TiO_2-GO/PI混合基质膜的形貌与结构;探讨了TiO_2掺杂量对TiO_2-GO复合物及TiO_2-GO/PI混合基质膜的结构和气体渗透性能的影响.结果表明,TiO_2-GO复合物中TiO_2纳米粒子较均匀地沉积在GO片层上,TiO_2纳米粒子在形成的同时破坏了GO的结构,使其无序度增加.TiO_2的掺杂对TiO_2-GO/PI混合基质膜的形貌与结构影响较小,但提升了TiO_2-GO/PI混合基质膜的CO_2和N2渗透性能.但过量的掺杂使TiO_2粒子在GO片层上团聚,从而导致TiO_2-GO复合物在混合基质膜中的分散性变差,CO_2渗透性及CO_2/N2渗透选择性降低.当TiO_2掺杂质量分数为30%时,TiO_2-GO/PI混合基质膜的CO_2渗透性为360 Barrer[1 Barrer=10~(-10)cm~3(STP)·cm/(cm~2·s·cm Hg)=7.5×10~(-14)cm~3(STP)·cm/(cm~2·s·Pa)],CO_2/N_2的渗透选择性可达31.     

2,2′-联咪唑磷钨酸盐和氧化石墨复合物的制备及其质子导电性能(英文)

制备了氧化石墨同基于2,2′-联咪唑(简记为H2biim)和磷钨酸的有机-无机络合物(其分子式简记为{H6[(H2O)1.5(H2biim)2(CH3OH)]2[(H2biim)(CH3OH)2][PW12O40]2·2CH3CN}n(1))的两个复合物(分别简记为1-GO1和1-GO2).利用红外光谱仪和X射线衍射仪表征了合成产物的结构.此外,在25~100℃温度范围内和35%~98%相对湿度范围内,利用电化学阻抗谱测定了2种产物的质子导电性.结果表明,化合物1的结构特征在两个复合物中得以保留.在约98%相对湿度下,1-GO1和1-GO2在温度25~100℃范围内的质子导电率达1.26×10-3~2.2×10-3S·cm-1;在温度100℃、相对湿度35%~98%范围内,1-GO1和1-GO2的质子导电率达0.64×10-3~2.2×10-3S·cm-1.此外,在同等条件下,1-GO1和1-GO2的质子导电性优于化合物1.     

Synthesis and Characterization of a Novel Graphene Oxide/titanium Dioxide Solvent-free Nanofluid

A novel graphene oxide/titanium dioxide(GO/TiO_2) solvent-free nanofluid was firstly synthesized by employing GO, which was in-situ deposited by TiO_2 as the core and(3-Glycidyloxypropyl) trime thoxysilane(KH560) and polyetheramine-M2070 as the shell. The morphology and structure of GO/TiO_2 nanofluid were verified by Transmission electron microscopy(TEM), X-ray diffraction(XRD) analysis, Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) and UV-vis absorption spectra. These studies confirmed that TiO_2 has been deposited onto GO with good dispersion, and the organic shell has been grafted onto the core successfully. Thermo gravimetric analysis(TGA) and viscosity analysis indicated that this nanoparticle hybrid material presented a liquid state without solvent at room temperature, and has great fluidity and thermal stability. The solubility investigation of GO/TiO_2 nanofluid revealed its excellent amphiphilicity and the potential as the functional nanocomposites.     

AgBr/TiO2复合催化剂:双注法制备及其可见光催化性能

以TiO₂为载体,采用双注法合成了AgBr/TiO₂复合光催化剂.利用X射线衍射仪(XRD)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)和扫描电子显微镜(SEM)对AgBr/TiO₂的结构、光吸收、形貌进行了表征.研究了AgBr/TiO₂在可见光下对甲基橙和丁基罗丹明B的光催化活性.结果表明,与TiO₂相比,AgBr/TiO₂的光吸收范围拓展到400—600nm波段,并且随着AgBr负载量的增加,AgBr/TiO₂的可见光吸收强度增强;当AgBr与TiO₂的摩尔比为0.25时,AgBr/TiO₂具有最大催化活性;在相同条件下,AgBr/TiO₂对丁基罗丹明B的降解效果优于甲基橙.     

TiO2/石墨烯复合材料的合成及光催化分解水产氢活性

利用石墨粉根据Hummers氧化法制得氧化石墨,并进一步还原得到石墨烯。采用溶胶-凝胶法以钛酸四丁酯和石墨烯为起始材料制备了二氧化钛(TiO₂)和石墨烯的复合光催化材料。研究了该复合材料在紫外-可见光以及可见光条件下的光催化分解水制氢活性。结果表明,紫外-可见光照射下,TiO₂/石墨烯复合光催化材料的光催化分解水产氢速率为8.6 μmol·h^-1,远大于同条件下商业P25的产氢速率 (4.5 μmol·h^-1),光解水产氢活性提高了近2倍;可见光下光照3 h,TiO₂/石墨烯复合材料的光催化分解水产氢量约为0.2 μmol。     

金负载氧化石墨烯/PDPB复合材料用于同步去除六价铬离子和苯酚

近年来,电镀和染料行业工业废水中排放的有机污染物和重金属离子严重危害着环境.构建无机-有机新型纳米材料用于光催化去除重金属离子和有机污染物受到了广泛的关注.共轭聚合物因其低廉的制造成本,快速的电子传送能力,优秀的电化学性能和高的机械性能,它们作为一类新能源材料已经快速发展起来.Remita等使用软模板方法制备的一种共轭聚合物聚1,4-二苯基丁二炔(PDPB)在可见光下对苯酚表现出较好的去除率.然而,聚合物PDPB的一些缺陷限制了其应用,比如高的疏水特性和快速的光生电子-空穴复合.因此,我们引入氧化石墨烯(GO)和金纳米粒子来提高PDPB的光催化活性.通过简单的机械搅拌和光还原方法制备了Au-GO/PDPB复合材料.通过TEM,XRD,XPS,固体紫外和光电流测试等技术对催化剂进行了一系列表征,结果发现氧化石墨烯作为优秀的电子传送基地,金纳米粒子作为电子捕获剂,在空间上实现了电子空穴的空间隔离,从而大大提高了Au-GO/PDPB复合材料对于六价铬离子和苯酚的同步光去除的光催化活性.XPS表征和TEM图像表明了GO和Au纳米粒子的存在.其PDPB有着纳米纤维的结构,宽度在20 nm左右,长度在几个微米.当复合了氧化石墨烯后,可以明显看出氧化石墨烯的形态,进一步光还原负载金纳米粒子,同样可以在TEM图中观察到金纳米粒子的存在,其直径在10 nm左右.之后通过光催化同步去除六价铬离子和苯酚来探究Au-GO/PDPB复合材料的活性,结果表明所制备的Au-GO/PDPB比纯的PDPB有着增强的光催化活性在同步光去除六价铬离子(Cr(VI))和苯酚中.更进一步地是,我们同样确定了GO和Au纳米离子的最佳负载量,结果发现,Au1-GO2/PDPB复合材料(金的负载量为1 wt%,氧化石墨烯的负载量为2 wt%)在所有催化剂中有着最好的光催化活性,其在4 h内对苯酚的去除率达到49.4%,相应的对于六价铬离子的还原率达到了77.4%.我们的研究提供了一种构建有机-无机杂化复合材料的方法,其在太阳光下对于有机污染物和重金属离子的同步去除有着高的光催化活性.     

复合催化剂NdPW12O40/TiO2的制备、表征及光催化性能

 采用溶胶-凝胶法制备了NdPW12O40/TiO2复合催化剂,并用热重-差热分析、红外光谱、紫外-可见漫反射光谱、荧光发射光谱、扫描电镜和X射线衍射对催化剂进行了表征. 在紫外光照射下,以有机污染物丙酮和甲醇的气相光催化消除为模型反应,考察了催化剂的光催化活性. 结果表明, NdPW12O40的掺杂使TiO2纳米晶粒细化(粒径为11～14 nm), 表面积增大,同时有效抑制了TiO2粒子的团聚. 0.1 g 1%NdPW12O40/TiO2光催化消除初始浓度为6.58 g/m3的丙酮,空时为2.4 s时消除率可达96.74%, 达到排放要求; 催化消除初始浓度为8.82 g/m3的甲醇,空时为2.0 s时消除率可达100%, 实现完全矿化. 与纯的TiO2相比,复合催化剂吸收光的能力增强,吸收带边向长波方向延伸了20 nm.     

AgBr@TiO<Subscript>2</Subscript>/GO ternary composites with enhanced photocatalytic activity for oxidation of benzyl alcohol to benzaldehyde

AgBr@TiO₂/GO (graphene oxide) ternary composite photocatalyst was synthesized by fabricating core–shell-structured AgBr@TiO₂ and anchoring it onto the surface of GO. The obtained samples were characterized by transmission electron microscopy, X-ray diffraction analysis, X-ray photoelectron spectroscopy, ultraviolet–visible (UV–Vis) diffuse reflectance spectrum, and photoluminescence (PL) spectroscopy. It was found that the AgBr nanoparticles were prone to aggregation while the core–shell-structured AgBr@TiO₂ possessed excellent dispersity. PL analysis revealed that the ternary-structured AgBr@TiO₂/GO could effectively promote the separation rate of electron–hole pairs. Photocatalytic oxidation of benzyl alcohol to benzaldehyde under visible-light irradiation was selected as probe reaction to evaluate the photocatalytic activity of the different samples. It was found that the AgBr@TiO₂/GO ternary composite exhibited evidently improved photocatalytic activity compared with AgBr, AgBr@TiO₂, and AgBr/GO. On the basis of the experiment results, the photocatalytic oxidation mechanism of benzyl alcohol over AgBr@TiO₂/GO is tentatively discussed.     

硅烷偶联剂改性的二氧化钛光催化降解气相苯

 用硅烷偶联剂KH-570对二氧化钛光催化剂进行了改性,制备了一种新型光催化剂. 以苯作为 模拟气体,在静态反应装置中考察了该催化剂的光催化性能. 结果表明,KH-570能显著提高 二氧化钛对气相苯的光催化降解性能,其转化率是纯二氧化钛的2.5倍. 采用红外光谱和X射线光电子能谱对催化剂进行了表征.