纳米TiO2表面对Cd2+的吸附与光化学还原过程的QCM研究

用石英晶体微天平(QCM)现场技术研究了Cd2+在纳米TiO2表面的吸附与光化学还原过程.研究结果表明,Cd2+在纳米TiO2表面的吸附量受溶液的浓度、pH值和不同添加物的影响.当pH<7时, Cd2+不发生吸附;pH＝7时,Cd2+在TiO2膜上的吸附量接近于15.2 mg/g.在紫外光光照下, Cd2+不发生光化学反应,但在溶液中加入NO-3和HCO-2后, Cd2+在电极表面可发生光化学反应,分别生成了CdO·Cd(OH)2和Cd.当醇类物质加入后, QCM的频率略有下降, 但没有观察到单质Cd的生成.     

水汽对TiO_2上CO光催化氧化反应的影响

在室温、杀菌灯照射下 ,对“氧化的”TiO2 催化剂上CO光催化氧化反应进行了研究 ,发现当原料气中加入分压为 3.36kPa水汽时 ,光催化氧化CO的活性明显降低 .这可能是由于杀菌灯照射下TiO2 表面生成的O-(a) 或O(a) 与H2 O反应生成·OH ,降低了表面的O-(a) 和O(a) 的浓度 ,而生成的·OH不能使CO氧化 ,从而降低了氧化CO的能力     

不同催化系统降解甲基橙的效率比较及过程分析

以甲基橙模拟染料废水为降解目标,在自制的圆柱形不锈钢反应器中,比较三种不同的光催化系统:TiO2光催化、紫外光辐射及臭氧单独氧化的催化效率,检测脱色率、COD、pH值影响、臭氧及羟基自由基(·OH)的变化分析催化反应历程。研究表明:三种体系降解150 min后COD降解率分别为46.23%(UV),44.54%(O3)and 74.12%(TiO2),而120 min后脱色率达93.6%(UV),92.07%(O3)and 96.79%(TiO2)。三种体系在酸性条件下COD降解率和脱色率都最高。臭氧和羟基自由基检测显示,催化初期TiO2催化系统产生更多的臭氧,有利于后期·OH的产生。同时,利用·OH计算光催化反应速率也显示TiO2催化效率更好。     

不同形貌TiO2的水热合成及对苯酚的降解研究

采用水热合成法, 通过对溶液的pH值、反应物配比、陈化温度及陈化时间等条件的控制, 合成出不同晶型及形貌的TiO2纳米粒子. 结果表明, 溶液的pH＝11, n(钛酸丁酯):n(三乙醇胺)＝1:2, 陈化温度为150 ℃, 陈化时间为48 h时, 能得到较规则的、长径比约为4:1的棒状TiO2. 当溶液pH<10时, 得到球形的TiO2纳米粒子; 陈化时间为24 h时, 得到纺锤形TiO2纳米晶. 以上合成的纳米粒子均为锐钛矿型, 但当溶液的pH>12时, 则得到板钛矿型TiO2粒子. 以苯酚为降解模型, 考察了不同形貌TiO2的光催化活性.     

磁场对光催化反应羟基自由基生成速率的影响

以对苯二酸作为Pt/TiO₂光催化反应所产生的羟基自由基(•OH)的捕获剂, 采用荧光技术考察外加磁场对羟基自由基(•OH)生成速率的影响, 结果表明, 与常规的光催化反应相比, 外加磁场可使样品表面羟基自由基的生成速率提高11.7%.     

在 Pt/TiO2上光催化降解污水中的对氟苯甲酸

在Pt/TiO2存在下,研究了光催化降解对氟苯甲酸的反应.考察了反应时间、溶液初始pH值以及污染物初始浓度对光催化反应的影响.结果表明,溶液的紫外吸光度值随反应时间不断下降;反应7 h时,溶液的TOC去除率达23.2%;反应0.5～2 h内,氟离子平均生成速率为3.53×10-5mol.L-1.h-1;在反应3～7 h内,氟离子平均生成速率为6.22×10-5mol.L-1.h-1.在溶液初始pH值=3.34～3.72时,氟离子生成速率最大,在碱性范围内,氟离子的生成速率为零.当C0(p-fluorobenzoic acid)<1.80×10-3mol.L-1时,光催化降解生成氟离子的速率随着对氟苯甲酸浓度的增大而增大;当C0(p-fluorobenzoic acid)>2.00×10-3mol.L-1时,光催化降解生成氟离子的速率不再随污染物浓度的变化而发生变化.探讨了可能的反应机理.     

高压静电场对TiO2光催化的影响

研究了静电场对P25型TiO2光催化降解甲基橙的影响.结果表明,静电场对光催化的影响与通常的电助光催化(EAP)不同,电场强度越高,光催化效率反而降低.在没有外加电场情况下,TiO2浓度为0.5g/L时降解速度最快,而在有外加电场时,相同浓度的TiO2分散液降解甲基橙效率随着电场增加而下降,20kV电场下光降解速率常数仅为没有外加电场时的56%.此外,在20kV强电场下,不同浓度的TiO2溶液显示出相同的光降解效率.本文通过对有无电场条件下TiO2分散液的粒度分布和粒子沉降速度进行比较,发现高压电场会导致粒子聚集和沉降.证据显示,高压电场引起的电泳、诱导极化、表面电荷破坏等效应是造成催化剂聚沉的原因.催化剂的聚沉使实际参与光催化的TiO2数量减少,效率降低,从而导致表观降解速率下降.利用高压电场使纳米粒子加速聚沉可能在光降解废水中TiO2催化剂的分离回收方面具有潜在用途.     

电场对TiO2纳米膜光催化性能的影响

 以泡沫镍为基材,采用溶胶-凝胶法制备了TiO2纳米膜光催化剂. 在自制外加电场光催化反应装置中,对催化剂施加一定的偏电压,研究了甲基橙溶液的光电催化降解反应,考察了偏压极性、阳极偏压和甲基橙初始溶液浓度等对降解效率的影响,并比较了光电催化与光催化、光解对甲基橙溶液降解的差异. 结果表明,外加阳极偏压形成的电场可以较大幅度提高甲基橙溶液的降解效率. 从半导体和量子力学理论出发探讨了电场促进光催化反应的作用机理.     

强度调制光电流谱研究TiO2悬浮体系光催化机理

用强度调制光电流谱在光电化学电池中研究TiO2粒子悬浮液体系中的光催化反应机理,将强度按正弦变化的调制光照射TiO2粒子悬浮液,产生随频率变化的光电流响应,收集在Pt电极上,得到了光电流响应复数平面图,其上半圆和下半圆分别代表光生空穴和光生电子的阴极还原和阳极氧化反应过程.根据阴极和阳极光电流的幅度及上下半圆的特征频率分析讨论了光催化反应的机理及外加电压和H2O2添加物的影响.     

无氧条件下Pt/TiO_2光催化重整降解—乙醇胺水溶液制氢

以-乙醇胺(以下简称乙醇胺)为电子给体,在无氧条件下进行了Pt/TiO2光催化重整制氢的研究.详细讨论了诸多因素如催化剂表面Pt化学状态、Pt担载量、溶液pH值、乙醇胺溶液浓度等对产氢效率的影响,并用XRD、HNMR、XPS等进行了深入表征,探讨了Pt/TiO2光催化重整降解乙醇胺和产氢的反应,实验表明,利用所制备的光催化剂,可实现在消除水中有机污染物的同时制取氢气的目标.催化剂表面的Pt以Pt0的化学状态存在,有利于析氢;溶液pH值和浓度的变化对产生速率也有一定的影响.同时发现Pt/TiO2光催化重整乙醇胺制氢反应的最佳条件是:Pt的最佳担载量约为0.5％-1.0％;乙醇胺溶液最佳浓度约为0.05 mol·L-1;最佳溶液pH值范围为4-10;氨基取代的羰基类化合物是其主要中间产物.     

Synthesis of molecular imprinted polymer modified TiO2 nanotube array electrode and their photoelectrocatalytic activity

A tetracycline hydrochloride (TC) molecularly imprinted polymer (MIP) modified TiO₂ nanotube array electrode was prepared via surface molecular imprinting. Its surface was structured with surface voids and the nanotubes were open at top end with an average diameter of approximately 50 nm. The MIP-modified TiO₂ nanotube array with anatase phase was identified by XRD and a distinguishable red shift in the absorption spectrum was observed. The MIP-modified electrode also exhibited a high adsorption capacity for TC due to its high surface area providing imprinted sites. Photocurrent was generated on the MIP-modified photoanode using the simulated solar spectrum and increased with the increase of positive bias potential. Under simulated solar light irradiation, the MIP-modified TiO₂ nanotube array electrode exhibited enhanced photoelectrocatalytic (PEC) activity with the apparent first-order rate constant being 1.2-fold of that with TiO₂ nanotube array electrode. The effect of the thickness of the MIP layer on the PEC activity was also evaluated.     

Photoelectrochemical water splitting and simultaneous photoelectrocatalytic degradation of organic pollutant on highly smooth and ordered TiO2 nanotube arrays

The photoelectrochemical water splitting and simultaneous photoelectrocatalytic degradation of organic pollutant were achieved on TiO₂ nanotube electrodes with double purposes of environmental protection and renewable energy production under illumination of simulated solar light. The TiO₂ nanotube arrays (TiO₂ NTs) were fabricated by a two-step anodization method. The TiO₂ NTs prepared in two-step anodization process (2-step TiO₂ NTs) showed much better surface smoothness and tube orderliness than TiO₂ NTs prepared in one-step anodization process (1-step TiO₂ NTs). In the photoelectrochemical water splitting and simultaneous photoelectrocatalytic decomposition process, the 2-step TiO₂ NTs electrode showed both highest photo-conversion efficiency of 1.25% and effective photodecomposition efficiency with existing of methylene blue (MB) as sacrificial agent and as pollutant target. Those results implied that the highly ordered nanostructures provided direct pathway and uniform electric field distribution for effective charges transfer, as well as superior capabilities of light harvesting.     

钛基TiO2纳米管阵列电极的光电催化性能

应用电化学阳极氧化法在纯Ti基底上制备高度有序的TiO2纳米管阵列,考察了Ti/TiO2光阳极的光电化学响应.以苯酚溶液为目标污染物,研究Ti/TiO2电极的光电催化性能,并与光催化性能进行比较.结果表明,该电极光电催化性能优于光催化性能.施加0.6 V电压时,光电催化性能最好.电化学阻抗谱分析显示,光电催化和光催化降解过程的速控步骤均为表面反应步骤,外加偏压减小了界面电荷转移阻抗,提高了光生载流子的分离效率.     

Photoelectrochemical oxidation behavior of methanol on highly ordered TiO2 nanotube array electrodes

The highly ordered titanium dioxide nanotube array (HOTDNA) electrodes were prepared in hydrofluoric acid solution by electrochemical anodic oxidation technique on a pure titanium sheet. The HOTDNA electrodes were characterized by X-ray diffraction, SEM microscopy, and UV–vis spectra. It has shown high density, well ordered and uniform titanium dioxide nanotube array film covered on these electrodes and the TiO₂ structure depending on the heating condition, the anatase phase of TiO₂ appeared when heating to 500 °C. The photoelectrochemical characteristics of methanol in 0.5 M Na₂SO₄ on the HOTDNA electrodes were investigated. The cyclic voltammetry, photocurrent-time and open-circuit photopotential response of methanol on the HOTDNA electrode were represented and significant photogenerated current was observed upon illumination in the UV regions with the light of 253.7 nm central wavelength. The effect of variables such as light intensity, applied potential, and methanol concentration on the photoelectrochemical response was investigated. It was found that the photocurrent was greatly influenced by these factors.     

脉冲沉积制备Cu2O/TiO2纳米管异质结的可见光光催化性能

在用阳极氧化法制备有序排列TiO₂纳米管阵列薄膜的基础上,引入脉冲沉积工艺,成功实现了均匀、弥散分布的Cu₂O纳米颗粒修饰改性TiO₂纳米管阵列,形成Cu₂O/TiO₂ 纳米管异质结复合材料. 利用场发射扫描电镜（FESEM）、场发射透射电镜（FETEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）对样品进行表征,重点研究了Cu₂O/TiO₂ 纳米管异质结的光电化学特性和对甲基橙（MO）的可见光催化降解性能. 结果表明,Cu₂O纳米颗粒均匀附着在TiO₂纳米管阵列的管口和中部位置,所制备的Cu₂O/TiO₂ 纳米管异质结具有高效的可见光光催化性能;在浓度为0.01 mol·L^-1的CuSO₄溶液中制得的Cu₂O/TiO₂纳米管异质结表现出最好的电化学特性和光催化性能;另外,对Cu₂O纳米颗粒影响光催化活性的机理进行了讨论.     

A facile one-step preparation of hierarchically-structured TiO2 nanotube array photoanodes with enhanced photocatalytic activity

Hierarchically structured TiO₂ (HST) films composed of top porous nanoparticle layer and underneath nanotube array layer are obtained by an anodization method on fluorine doped tin oxide surfaces. Compared with the TiO₂ nanotube arrays photoanode on Ti substrate, the HST photoanode exhibits a higher photoelectrocatalytic activity towards the oxidation of water and organics (e.g., glucose).     

微含水量电解液中高管径比TiO_2纳米管阵列的制备

通过阳极氧化法在微含水量为0.5wt%的NH4F/乙二醇/H2O酸性电解质体系中制备了管径大、高管径比的二氧化钛(TiO2)纳米管阵列。采用SEM、XRD等测试手段对TiO2纳米管阵列形貌及晶相进行表征,探讨了不同氧化时间、电压对纳米管阵列形貌的影响,微含水量下氧化电压可以适当增加,更容易得到规整的长纳米管阵列;通过测定样品的光电流和紫外-可见光漫反射吸收光谱,研究分析了含水量以及超声工艺对纳米管光吸收及光电流特性,微含水量下得到的纳米管阵列可见光吸收边红移至420nm,对480~700nm可见光有明显的光吸收,光电流显著增大;丙酮作为超声介质可有效去除纳米管阵列表面的集束,能进一步提高纳米管阵列的光电性能。     

Fe_2O_3/TiO_2纳米管阵列的制备及其光催化性能

在钛基体上采用阳极氧化法制备了TiO2纳米管阵列,采用化学浴方法在TiO2纳米管阵列上修饰了Fe2O3纳米颗粒。利用扫描电镜、X射线衍射和紫外可见漫反射光谱等手段对材料进行了表征,同时测试了材料的光电化学性能及其光催化降解亚甲基蓝染料废水的性能。结果表明,Fe2O3纳米颗粒的修饰将TiO2纳米管阵列的光响应拓宽至可见光区域,提高了光电流,Fe2O3/TiO2纳米管阵列的光电流是未修饰的TiO2纳米管阵列的9倍。而在光催化反应中,亚甲基蓝最高降解率可达80%,比未修饰的TiO2纳米管阵列高出30%。     

微含水量电解液中高管径比TiO2纳米管阵列的制备

通过阳极氧化法在微含水量为0.5wt%的NH₄F/乙二醇/H₂O酸性电解质体系中制备了管径大、高管径比的二氧化钛（TiO₂）纳米管阵列。采用SEM、XRD等测试手段对TiO₂纳米管阵列形貌及晶相进行表征,探讨了不同氧化时间、电压对纳米管阵列形貌的影响,微含水量下氧化电压可以适当增加,更容易得到规整的长纳米管阵列;通过测定样品的光电流和紫外-可见光漫反射吸收光谱,研究分析了含水量以及超声工艺对纳米管光吸收及光电流特性,微含水量下得到的纳米管阵列可见光吸收边红移至420nm,对480~700nm可见光有明显的光吸收,光电流显著增大;丙酮作为超声介质可有效去除纳米管阵列表面的集束,能进一步提高纳米管阵列的光电性能。     

Fe2O3/TiO2纳米管阵列的制备及其光催化性能

在钛基体上采用阳极氧化法制备了TiO₂纳米管阵列,采用化学浴方法在TiO₂纳米管阵列上修饰了Fe₂O₃纳米颗粒.利用扫描电镜、X射线衍射和紫外可见漫反射光谱等手段对材料进行了表征,同时测试了材料的光电化学性能及其光催化降解亚甲基蓝染料废水的性能.结果表明,Fe₂O₃纳米颗粒的修饰将TiO₂纳米管阵列的光响应拓宽至可见光区域,提高了光电流,Fe₂O₃/TiO₂纳米管阵列的光电流是未修饰的TiO₂纳米管阵列的9倍.而在光催化反应中,亚甲基蓝最高降解率可达80%,比未修饰的TiO₂纳米管阵列高出30%.