溶胶-凝胶-水热法制备Ce-Si/TiO2及其可见光催化性能

以钛酸四正丁酯、正硅酸乙酯、六水硝酸铈为原料,在140℃下通过溶胶-凝胶-水热法水解制备Ce-Si/TiO2.所得样品用X射线衍射、氮吸附、透射电镜、紫外漫反射、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱等测试手段分析,结果显示400-600℃条件下焙烧所有样品均为锐钛矿,样品具有较大的比表而积,Si和Ce均被引入到TiO2中.在可见光照射下,以脱色降解罗丹明B为探针反应,研究其可见光催化性能,结果表明,与末掺杂和单一组分掺杂的二氧化钛相比较,共掺杂的二氧化钛具有更高的催化性能,当Ce/Ti和Si/Ti的物质的量比分别为0.010和0.10时,可见光催化性能最好.     

可见光响应的镍硅共掺杂二氧化钛及其光催化性能

为了更好地利用太阳光和提高二氧化钛的光催化性能,以钛酸四正丁酯、正硅酸乙酯、六水合硝酸镍为原料,在高压釜中140℃非水溶剂热反应,所得材料经400℃焙烧制得镍硅共掺杂的二氧化钛光催化剂.所得材料用X射线衍射、氮吸附、透射电镜、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱、紫外漫反射等测试手段分析,结果显示所有样品均为锐钛矿型二氧化钛,Si和Ni均掺杂到TiO2体相中,样品具有较大的比表面积,其最大达303.3m2·g-1.在可见光照射下,以降解罗丹明-B为探针反应研究其可见光催化性能,与未掺杂和镍掺杂的二氧化钛相比较,共掺杂的二氧化钛具有更高的可见光催化性能,当Ni/Ti和Si/Ti的物质的量的比分别为0.01和0.20时,可见光催化性能最好.可见光催化性能的提高归因于镍和硅的协同作用.     

Si掺杂介孔SO2-4/TiO2的非模板剂法合成及表征

在不使用模板剂的条件下,以工业硫酸氧钛溶液为原料合成介孔偏钛酸前驱体,再经正硅酸乙酯浸渍焙烧制备了具有良好热稳定性的Si掺杂介孔SO2-4/TiO2.采用X射线衍射、N2吸附-脱附、扫描电镜、X射线能谱和傅里叶变换红外光谱等表征方法对样品的组成和结构进行了分析,并考察了该材料在亚甲基蓝氧化降解反应中的光催化性能.结果表明,在焙烧过程中,被吸附在偏钛酸孔道内的正硅酸乙酯发生水解,并与偏钛酸孔壁上的自由羟基形成 Ti - O - Si 键;Si进入二氧化钛骨架中,对孔结构起到了支撑作用,从而提高了介孔SO2-4/TiO2的热稳定性.700 ℃焙烧 2 h 后,Si掺杂介孔SO2-4/TiO2材料的比表面积仍达到189 m2/g,平均孔径为2.8 nm.400 ℃焙烧的样品在亚甲基蓝降解反应中表现出较好的光催化活性.     

Si掺杂介孔SO_4~(2-)/TiO_2的非模板剂法合成及表征

在不使用模板剂的条件下,以工业硫酸氧钛溶液为原料合成介孔偏钛酸前驱体,再经正硅酸乙酯浸渍焙烧制备了具有良好热稳定性的Si掺杂介孔SO42-/TiO2.采用X射线衍射、N2吸附-脱附、扫描电镜、X射线能谱和傅里叶变换红外光谱等表征方法对样品的组成和结构进行了分析,并考察了该材料在亚甲基蓝氧化降解反应中的光催化性能.结果表明,在焙烧过程中,被吸附在偏钛酸孔道内的正硅酸乙酯发生水解,并与偏钛酸孔壁上的自由羟基形成Ti-O-Si键;Si进入二氧化钛骨架中,对孔结构起到了支撑作用,从而提高了介孔SO42-/TiO2的热稳定性.700℃焙烧2 h后,Si掺杂介孔SO42-/TiO2材料的比表面积仍达到189 m2/g,平均孔径为2.8 nm.400℃焙烧的样品在亚甲基蓝降解反应中表现出较好的光催化活性.     

N掺杂TiO_2纳米粉体的制备及其可见光催化性能

首次以钛酸纳米管(NTA)为Ti的前驱体,以尿素为N源,采用水热法制备N掺杂TiO2纳米微粒,并用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、紫外-可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)、透射电镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)等技术对不同条件下制备的产物进行了表征.探讨了尿素的掺杂量、水热温度对N掺杂TiO2形貌和结构的影响,并以亚甲基蓝为模型反应物考察了其在可见光下的催化性能,结果表明样品UN-130-1/2催化活性最高.     

铬和硫共掺杂二氧化钛催化剂的制备及其可见光催化性能

以钛酸四丁酯为前驱体,硝酸铬和硫脲为掺杂离子给体,通过溶胶-凝胶法成功制备了纯TiO2、不同浓度的铬掺杂和铬/硫共掺杂TiO2光催化剂.以靛红为目标污染物,进行了可见光催化降解活性测试实验.结果表明,共掺杂催化剂的活性高于未掺杂和单掺杂催化剂.当共掺杂催化剂含0.60%(原子比)的铬,1.2%(原子比)的硫,焙烧温度为500℃时具有最高的光催化降解活性.X射线衍射、N2吸附、X射线光电子能谱和紫外-可见漫反射吸收光谱表征结果显示,共掺杂催化剂为锐钛矿型,具有较高的比表面积,对可见光有较强的吸收能力.共掺杂TiO2具备较高可见光催化活性的原因可能是铬掺杂降低了TiO2的禁带宽度,拓展了可见光吸收区域,而硫掺杂能够维持体系的电荷平衡,增强催化剂对可见光的吸收.     

Cu掺杂TiO2纳米管可见光催化矿化甲苯

采用低温水热法制备氢钛酸管, 通过吸附-煅烧法制备Cu掺杂TiO₂纳米管(Cu-TNT)催化剂. 利用X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)和电化学测试手段对样品进行表征, 并进行平面波赝势密度泛函理论(DFT)计算. 结果表明, 样品中Cu/Ti原子比接近理论值, Cu掺杂进入TiO₂晶格内部, 诱发催化剂可见光活性. 掺Cu后,Cu 3d轨道和O 2p轨道杂化形成价带顶, 价带负向偏移, 样品禁带宽度减小为2.50-2.91 eV, 具有可见光响应.以甲苯为模型污染物研究催化剂对挥发性有机化合物(VOCs)的催化去除和矿化效果. 未掺杂的TNT可见光催化活性较差; Cu掺杂量超过0.1%(Cu/Ti原子比)时, 样品催化活性也减弱; Cu掺杂量为0.1%的催化剂具有最佳可见光催化氧化能力, 7 h内甲苯的去除率达77%, 甲苯的矿化率达59%.     

水热法合成可见光响应的B掺杂TiO2及其光催化活性

以硼酸和钛酸丁酯为原料,采用水热法一步合成了B掺杂的纳米TiO2. 采用X射线衍射、紫外-可见光谱、透射电镜以及X射线光电子能谱对所得样品进行了表征. 结果表明,该方法制备的B-TiO2具有明显的可见光吸收,并且少量B的掺杂不会对TiO2的晶型和粒径造成很大影响. 掺杂的B以 B - O - Ti 的形式存在,有利于可见光活性的提高. 苯酚的光催化降解反应实验表明,水热法合成的B-TiO2在可见光下具有较好的光催化活性,反应 5 h 后苯酚降解率可达100%.     

铈掺杂Ti／TiO2电极的制备及催化降解油田废水性能

用溶胶-凝胶法制备了稀土(Ce)掺杂TiO2电极,优化了制备改性TiO2电极的稀土掺杂量、热处理温度及热处理时间. 借助于油田废水化学需氧量(COD)去除情况分析了电极的电催化氧化能力,并分析了电极结构与电催化特性之间的关系. 采用SEM, EDX和XRD分析了制备电极的表面形貌、元素组成和晶体结构. 结果表明,掺杂Ce后电极的表面凹凸感变小,表面更为平滑、致密,几乎没有裂缝,这种均匀一致的高密度小碎片结构可能具有较大的表面粗糙度和比表面积,有利于催化反应. TiO2电极的晶体结构主要为锐钛矿型. 稀土的掺入使得晶相所对应的衍射峰强度变弱且峰形宽化,说明适量Ce的掺杂使涂层表面TiO2晶粒细化了. 在掺杂比为Ti∶Ce=100∶1.5, 热处理温度为450 ℃, 热处理时间为 90 min 时制备的掺杂Ce元素的电极性能最好,此电极对目标有机物COD去除率达到80%, 而不掺杂稀土元素的Ti/TiO2电极为阳极时COD去除率在同样时间内仅为62%, 说明稀土的掺杂提高了电极催化性能.     

介孔TiO2-SO2-4的合成及表征

在不使用有机模板剂的条件下,以工业硫酸钛溶液为原料合成了高热稳定的锐钛矿型介孔TiO2-SO2-4. 用X射线衍射、N2吸附、扫描电镜、X射线能谱、傅里叶变换红外光谱和紫外-可见光谱对样品进行了表征,并考察了其光催化性能. 结果表明,硫酸根在焙烧过程中与前驱体介孔偏钛酸孔壁上自由羟基的键合起到了孔结构导向及支撑作用, 500 ℃焙烧后样品仍具有202.2 m2/g的比表面积及2.8 nm的平均孔径. 焙烧产物TiO2-SO2-4中 S = O 的强电子诱导效应不仅使邻近的Ti成为超强酸中心,还使二氧化钛的吸收光谱产生30 nm的红移,光催化活性显著提高.     

氮和碳共掺杂TiO2纳米晶的制备及可见光催化性能

以钛酸四丁酯为钛源, 冰醋酸为抑制剂, 超细铵盐为固体载体, 采用新型溶胶-凝胶法制备了氮和碳共掺杂TiO2纳米晶(N-C-TiO2) 光催化剂. 透射电子显微镜(TEM)结果表明, N-C-TiO2样品颗粒均匀, 尺寸细小, 且分散性好; 热失重分析(TGA)、 X射线粉末衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)研究结果表明, 复合干凝胶经低温热处理, 使铵盐载体分解、 挥发去除, 样品为单一的锐钛矿相, N和C原子扩散进入晶格结点或间隙位置, 与TiO2化学键结合; 氮气等温吸附-脱附结果表明, 样品比表面积高达356 m2/g, 孔体积为0.27 mL/g. 以氙灯为可见光光源, 罗丹明B水溶液为模拟污染物, P25为参比催化剂, 在辐射强度为100 mW/cm2的可见光照射条件下, N-C-TiO2具有很高的光催化活性, 其可见光催化活性明显高于P25.     

Pd/N共掺杂TiO_2的制备及其光催化活性

将纳米管TiO2浸入含尿素和硝酸钯的乙醇溶液中,将乙醇超声挥发后所得样品先在空气中600℃下煅烧,再在H2气氛中400℃中热还原,得到Pd/N共掺杂TiO2.分别采用DRS、X射线衍射仪及X射线光电子能谱仪分析了掺杂TiO2样品的光吸收能力、晶体结构及表面化学组成;并评价了其对紫外光和可见光照下丙烯降解反应的催化活性.结果表明,共掺杂TiO2样品的活性优于单一Pd或N掺杂TiO2.其原因在于,Pd和N共掺杂具有协同作用,从而共同提高了TiO2的光催化活性.     

Ce及N共掺杂改性TiO_2光催化性能及Ce组分的作用

以钛酸正丁酯、硝酸亚铈及氨水为前驱体运用溶胶-凝胶法对TiO2进行Ce及N单一和共掺杂改性,以甲基橙光催化降解为探针考察掺杂组分对催化剂的紫外、可见光活性影响,观察到了Ce及N的单一掺杂及共掺杂催化剂紫外、可见光活性的明显提升。运用X射线衍射(XRD)、低温氮气吸附(BET)、紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS)、程序升温氧脱附(TPD)和程序升温氧化(TPO)等表征手段从催化剂的晶体结构及形貌、比表面积、紫外及可见光响应特性、表面吸附氧量及吸附氧循环性能等方面尝试理解掺杂组分的光活性影响机制。实验结果表明掺杂改性催化剂中适量Ce组分的作用在于通过抑制催化剂的晶粒长大、团聚和锐钛结构向金红石结构的相转变,提高催化剂的光相应强度和拓展光响应范围,增加催化剂表面吸附氧容量和促进催化剂的表面氧循环,有效捕获光生载流子,衍生各类高活性自由基物种和增大催化剂比表面积等方面增进催化剂的光催化性能。     

C-N-S-TiO2光催化剂的制备、表征及其性能

以钛酸四丁酯为钛源、功能生物小分子胱氨酸为掺杂剂,采用溶胶-凝胶法同步合成了C-N-S-TiO2光催化剂,利用XRD、XPS、FT-IR和DRS等测试技术对样品的结构及物化性能进行了表征。XRD和DRS分析表明,共掺杂抑制了TiO2晶粒的生长,提高了晶相转变温度,且C-N-S-TiO2样品的吸收带边明显"红移",光吸收范围一直延长至800 nm左右。XPS分析结果显示,C-N-S-TiO2样品表面产生了杂质能级,C、S元素分别取代部分晶格Ti4+以CO23-和S6+形式存在;而N峰呈宽化状态,以O—Ti—N和Ti—O—N键存在,且样品表面羟基含量明显增加。以罗丹明B染料为模型污染物,考察了该催化剂的可见光催化活性。结果表明,与P25 TiO2比较,C-N-S-TiO2光催化剂活性得到改进,C-N-S-TiO2光催化剂在470～800 nm波长下辐射120 min后对罗丹明B的降解率可高达83%。     

Nitrogen and sulfur co-doped TiO2 nanosheets with exposed {001} facets: synthesis, characterization and visible-light photocatalytic activity

Nitrogen and sulfur co-doped TiO(2) nanosheets with exposed {001} facets (N-S-TiO(2)) were prepared by a simple mixing-calcination method using the hydrothermally prepared TiO(2) nanosheets powder as a precursor and thiourea as a dopant. The resulting samples were characterized by transmission electron microscope, X-ray diffraction, N(2) adsorption-desorption isotherms, X-ray photoelectron spectroscopy, and UV-Vis absorption spectroscopy. The electronic properties of N,S co-doped TiO(2) were studied using the first-principle density functional theory (DFT). The photocatalytic activity of N-S-TiO(2) was evaluated by degradation of 4-chlorophenol (4-CP) aqueous solution under visible light irradiation. The production of hydroxyl radicals (˙OH) on the surface of visible-light-irradiated samples was detected by photoluminescence technique using terephthalic acid as a probe molecule. The results show that nitrogen and sulfur atoms were successfully incorporated into the lattice of TiO(2), which resulted in N-S-TiO(2) samples exhibiting stronger absorption in the UV-visible range with a red shift in the band gap transition. The first-principle DFT calculations further confirm that N and S co-dopants can induce the formation of new energy levels in the band gap, which is associated with the response of N-S-TiO(2) nanosheets to visible light irradiation. Surprisingly, pure TiO(2) nanosheets show the visible-light photocatalytic activity for the degradation of 4-CP mainly due to the substrate-surface complexation of TiO(2) and 4-CP, which results in extending absorption of titania to visible light region through ligand-to-titanium charge transfer. The N-S-TiO(2) samples studied exhibited an enhanced visible-light photocatalytic activity than pure TiO(2). Especially, the doped TiO(2) sample at the nominal weight ratio of thiourea to TiO(2) powder of 2 showed the highest photocatalytic activity, which was about twice greater than that of Degussa P25. The enhanced activity of N-S-TiO(2) can be primarily attributed to the synergetic effects of two factors including the intense absorption in the visible-light region and the exposure of highly reactive {001} facets of TiO(2) nanosheets. The former is beneficial for the photogeneration of electrons and holes participating in the photocatalytic reactions, and the latter facilitates adsorption of 4-CP molecules on the surface of TiO(2) nanosheets.     

Ti~(3+)自掺杂的纳米TiO_2的制备及其可见光催化性能

以TiH2为Ti源,H2O2为氧化剂,首先通过表面氧化得到不同状态的前驱体凝胶,然后采用后续水热处理制备Ti3+自掺杂的纳米Ti O2.考察了前驱体凝胶状态及水热处理时间对材料结构和性能的影响.利用X射线衍射、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、电子顺磁共振波谱和紫外-可见漫反射光谱手段对样品进行表征.以次甲基蓝溶液为模拟废水评价样品的可见光催化降解性能.结果表明,与纯Ti O2相比,Ti3+的自掺杂使材料在可见光区有明显的吸收,并具有良好的可见光催化降解性能和循环使用性能.当采用黄色凝胶为前驱体时,在160°C下水热处理24 h所得样品在可见光下光催化降解次甲基蓝的反应速率常数(0.0439 min-1)是纯Ti O2的18.3倍.     

浓度梯度分布的镍和氮共掺杂TiO2光催化剂的制备和表征

以TiCl4为钛前驱体, 氨水和氯化镍为掺杂离子给体, 采用沉淀和层层浸渍相结合的方法制备了氮、镍共掺杂TiO2光催化剂. 采用X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)等现代表征方法对催化剂的晶体结构、微结构、掺杂基团和光谱性质进行了表征. XRD和氮吸附-脱附分析结果表明, 氮、镍共掺杂TiO2为单一锐钛矿相, 具有介孔结构. XPS谱证实掺杂的氮和镍分别以NOx和Ni2O3及NiO的形式存在, 且镍在共掺杂表面的浓度高于体相中的浓度, 在扩散方向上存在浓度梯度分布. 4-氯酚的降解实验结果表明, 浓度梯度分布镍和氮共掺杂TiO2的紫外光-可见光催化活性均高于均相共掺杂TiO2、单掺杂和未掺杂TiO2的催化活性. 其原因是掺杂的氮以NOx形式存在, 使催化剂的感光范围拓展至可见光区; 而掺杂的镍维持了半导体体系的电荷平衡, 有效抑制了Ti3+的产生. 同时掺杂的镍在催化剂中存在浓度梯度分布, 减少了光生电子和空穴的复合几率, 提高了催化剂的光催化活性.     

钌-钯掺杂Ti/TiO2阳极电催化降解甲基橙研究

以偶氮染料甲基橙为处理对象, 分别考察了Ru, Pd及Ru-Pd掺杂的Ti/TiO2阳极的光、电催化活性, 并与Ti/RuOx-PdO阳极的电催化活性进行了比较; 利用XPS分析了Ru-Pd掺杂的Ti/TiO2阳极表面Ru, Pd及Ti的化学形态. 实验发现, Ru, Pd及Ru-Pd掺杂的Ti/TiO2阳极的光催化活性都有所降低, 而其电催化活性却都有大幅提升, 特别是Ru-Pd掺杂的Ti/TiO2阳极, 其电催化活性明显地优于Ti/RuOx-PdO阳极. XPS分析表明, Ru-Pd掺杂的Ti/TiO2阳极其光、电催化活性的变化可能与该阳极表面Ru, Pd及Ti的化学形态变化有关.     

掺杂Ce的TiO_2纳米粒子的光致光及其光催化活性

采用sol-gel法制备了纯的和掺杂不同量Ce的TiO_2纳米粒子，并利用XRD， TEM，BET，XPS和PL光谱对样品进行表征，主要考察焙烧温度和含量对掺杂Ce的 TiO_2纳米粒子性质以及光催化降解苯酚活性的影响，并探讨了Ce的掺杂对TiO_2相 变的作用机制以及PL光谱与光催化活性的关系，结果表明，掺杂的Ce~(4+)没有进 入到TiO_2晶格中，而是以小团簇的CeO_2化学态均匀地弥散在TiO_2纳米粒子中， 这可能导致了Ce的掺杂对TiO_2的相变有很大的抑制作用；Ce的掺杂没有引起新的 光致发光现象，而适量Ce的掺杂能够降低TiO_2纳米粒子PL光谱的强度，这是因为 掺杂的Ce~(4+)易于捕获光生电子而生成Ce~(3+);600℃处理的掺杂Ce的TiO_2纳米 粒子表现出较高的光催化活性，这说明600℃是比较合适的焙烧温度，而掺杂不同 量的Ce的TiO_2样品的光催化活性顺序是：3 mol%＞4 mol%＞2 mol%＞5 mol%＞1 mol%＞0 mol%，这与它们的PL光谱强度的顺序是相反的，即PL光谱强度越低，其 光催化活性越高，这说明PL光谱与其光催化活性间有着必然的联系，这是因为掺杂 剂Ce~(4+)能够捕获光生电子，在光致发光过程中使PL光谱强度下降，而在光催化 反应过程中使有机污染物加快氧化。