PATP在Ag/TiO_2纳米管基底上的表面增强拉曼散射和光催化过程研究

表面增强拉曼散射(SERS)是一种超灵敏、高选择性的分析方法,越来越受到人们的关注。对巯基苯胺(PATP)由于其易吸附在大多数SERS基底表面,并可以产生极强的SERS信号,因此常被用作SERS的探针分子。二氧化钛(TiO_2)是一种目前常用的光催化剂,但是其催化效率仍有待提高。将贵金属与TiO_2复合是提高其催化效率的有效手段。本文采用电化学阳极氧化法制备了二氧化钛纳米管(TiO_2NTs),并采用光化学还原方法在表面沉积了贵金属银,制备了一种同时具有SERS和催化性能的双功能基底,即银纳米粒子修饰的二氧化钛纳米管(Ag/TiO_2NTs),研究了PATP分子在该基底上的光催化过程,并与在银镜基底上的光催化过程进行了比较。我们发现,Ag/TiO_2NTs基底上的PATP在催化过程中峰强度逐渐减弱,但没有新峰的出现;而在银镜基底上PATP的峰强度随光照时间却几乎没有变化,证明了PATP分子在Ag/TiO_2 NTs上的光催化降解过程。本文还对Ag/TiO_2NTs上PATP的催化过程进行了动力学分析,结果表明PATP在该基底表面的催化反应为一级反应。     

Cu2O-Au复合材料表面甲基橙降解过程的原位SERS研究

SERS技术因其极高的表面灵敏度和选择性而成为表界面反应过程研究的重要工具之一,而光催化性能的调控建立在对其反应过程的分子水平的认识基础上,通过SERS基底与光催化材料的结合可实现催化反应过程的现场监测。本文制备了具备催化活性和SERS活性的双功能Cu₂O-Au复合材料,研究了其SERS增强和光催化降解甲基橙(MO)性能,并采用SERS技术现场研究了光催化降解MO的过程。研究表明,双功能Cu₂O-Au复合材料可将SERS效应和光催化性能有效复合,实现Cu₂O-Au界面处光催化降解过程的现场监测。表面Au纳米粒子的引入可使Cu₂O的SERS效应增强两个数量级,催化降解性能增加1倍;现场SERS监测揭示了光催化降解过程中MO分子的N=N最易断裂,C=C最难断裂,各化学键断裂容易程度由高到低依次为N=N> Ph₁-N=、=N-Ph₂ 以及Ph₁-N=、C-N> Ph-N。     

TiO_2/Ag@CDs的构筑及其SERS研究

碳点(CDs),尺寸在1~10nm,由于其独特的结构和光学性质,以及良好的生物相容性,在太阳能电池、有机污染物的降解和检测,光学染料、生物标记方面有着广泛的应用~([1])。TiO_2作为一种半导体材料,其粒子具有表面效应,量子尺寸效应,宏观量子隧道效应,催化等性质,可作为SERS基底。本文利用水热法成功制得粒径为2~6nm的发蓝光的CDs~([2]),然后在水浴下直接与TiO_2纤维和AgNO_3反应,形成在TiO_2表面包覆核壳结构的Ag@CDs纳米粒子复合物,TiO_2纤维长度和宽度不一,Ag@CDs平均尺寸在15nm左右,然后以TiO_2/Ag@CDs为SERS基底,PATP为探针分子,探究了其SERS性能,发现其检测的最低浓度可达到10~(-9) mol·L~(-1),具有良好的SERS增强能力。我们还分别研究了TiO_2/Ag@CDs的催化能力,用SERS监测了分子的变化过程,发现具有优良的催化性质,促进了CDs在SERS领域的应用。     

TiO2几何和电子结构调制用于超灵敏SERS传感

半导体表面增强拉曼散射(SERS)材料由于其低成本、高化学稳定性、生物相容性、结构多样性和可控性而备受关注。它们被认为是在实际应用中替代贵金属SERS基板的良好候选者。然而,半导体SERS基底的实际应用受到其低灵敏度和发展滞后的极大阻碍。最近我们研究小组提出了一种利用稀土元素镱(Yb)掺杂制备半导体TiO₂基底材料,这种方法可以实现对二氧化钛的几何和电子结构调制,并且获得了对4-巯基苯甲酸(4-MBA)分子极大的SERS增强。相较于未掺杂的TiO₂, Yb-TiO₂表现出更加优良的SERS增强效果,根据Lombardi等提出的半导体SERS增强理论,增强是通过PICT机制中的Herzberg-Teller耦合,取决于吸附分子和基底能级匹配的程度。     

Au/TiO_2薄膜的光催化与表面增强拉曼散射性能研究

采用浸渍提拉法将预先合成的TiO2溶胶均匀涂覆在玻璃表面制膜,并在膜表面负载上具有高表面增强拉曼散射(SERS)活性的Au纳米粒子,获得Au/TiO2多功能薄膜。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外可见吸收光谱(UV-vis)、拉曼(Raman)等表征手段,考察了Au/TiO2薄膜的结构、形貌与性能。所得Au/TiO2薄膜在UV灯辐照下可有效地降解罗丹明B等染料分子,其中Au粒子有效抑制了薄膜表面光生电子-空穴的复合,增强了光生载流子的分离效率,提高了薄膜的光催化性能。同时拉曼实验表明,Au/TiO2薄膜也是一种优秀的SERS检测基底。更为重要的是,Au/TiO2薄膜可通过UV灯照射"清洗"掉薄膜表面吸附的上组SERS实验中的检测分子,实现基底的循环利用,有望解决传统SERS基底一次性使用的缺陷。     

新型磁性rGO-TiO_2-Fe_3O_4 SERS基底

SERS作为一种振动光谱,具有高灵敏度、高选择性、快速无损检测等优点,并且能提供丰富的分子指纹信息,广泛应用于分析化学、材料科学、生命科学等领域~([1])。因此,探究具有高SERS活性的基底成为了研究热点。半导体材料TiO_2由于其化学性质稳定、易得、无毒且具有较好的生物相容性,使其成为人们备受关注的SERS基底。然而,TiO_2相对较弱的SERS活性限制了其在SERS领域的发展。同时,SERS基底的聚集状态难于控制,直接影响其SERS性能的可重现性和稳定性。相关研究表明,对半导体TiO_2的适当改性可有效改善其表面活性,进而提高其SERS活性~([2])。因此,本文开展了强吸附能力的还原氧化石墨烯(rGO)和磁性Fe_3O_4修饰的TiO_2(rGO-TiO_2-Fe_3O_4)作为新型SERS活性基底的研究,实现了优良的SERS性能。磁性rGO-TiO_2-Fe_3O_4基底容易与探针分子分离,便于检测,对4-MBA分子的最低可检测浓度为10-9 mol·L~(-1),显著低于纯TiO_2基底(1.0×10~(-5) mol·L~(-1))。     

SiO_2@GO-TiO_2复合纳米材料的光催化降解研究

环境问题是全球性关注的重要课题,对染料污染的有效控制与治理是清洁环境的必要措施。我们设计制备了SiO2@GO-TiO_2复合纳米材料,研究了该复合材料在氙灯模拟太阳光的环境下的光催化降解性能,采用实时SERS光谱监测了复合材料表面催化降解过程。结果表明,氧化石墨烯不仅能有效吸附富集染料分子,其优异的电子特性还可以提高TiO_2光生电子的迁移率,进一步提高光催化效率。另外,该材料在较低的离心速率下即可从体系中分离,可以实现重复利用至少3次以上。从SERS应用角度,我们也得到了一种高效、低成本且可循环利用的SERS基底。     

基于g-C_3N_4/Ag/TiO_2基底上RhB的催化降解过程研究

表面增强拉曼光谱(SERS)具有无与伦比的光谱性能,因此在分析化学、催化等领域得到了广泛的关注,在适当的条件甚至可以做到单分子水平检测。SERS可以得到分子的振动能级信息,而且具有很高的灵敏度和选择性,尤其在表面、界面研究方面具有较大的优势。因此我们制备了具有较好催化性能的TiO_2,在它的表面沉积了贵金属Ag,然后再掺杂g-C_3N_4,形成g-C_3N_4/Ag/TiO_2复合催化剂。通过修饰和掺杂,催化剂的吸收从紫外区移动到可见区,同时光生载流子受到了抑制,因此材料的催化性能得到了提高。我们以RhB染料作为探针分子,用SERS研究了该分子的催化降解过程。     

Au-TiO_2纳米复合基底的制备及其SERS研究

通过溶胶-水热法合成TiO_2纳米粒子,然后采用光催化还原法通过改变氯金酸(HAuCl4)水溶液浓度和光照时间等参数制备不同量Au沉积的TiO_2(Au-TiO_2)纳米复合体,并以其作为SERS活性基底对吸附在其表面的探针分子(4-MBA)进行SERS研究。与纳米TiO_2上本征的SERS增强相比,适量的Au沉积导致复合基底对4-MBA分子具有更强的SERS增强效应,4-MBA的SERS信号增强来源于贵金属和半导体的共同作用;制备复合基底的光还原时间和氯金酸的浓度对复合基底的SERS增强效应均具有重要的影响。     

Pt（Ⅳ）修饰的非晶态TiO2对2，4-二氯苯氧基乙酸的可见光降解

用溶胶 凝胶法制备了在可见光照射下具有光催化活性的掺杂Pt(Ⅳ )离子的非晶态微孔TiO2 ,表面积为 160～ 2 0 0m2 /g ;含 3 .0 %Pt(Ⅳ )的AMM Ti具有最大的光催化活性 .X射线精细结构分析 (EXAFS)表明 ,单个的PtCl4 分子均匀地分布在非晶态二氧化钛表面 ;用这种光催化剂降解 2 ,4 二氯苯氧基乙酸时 ,2 ,4 二氯苯酚是主要的中间物 ,通过Langmuir Hinshelwood方程的线性形式估算了反应速率常数k和吸附平衡常数K ,研究了光催化起始反应速率和反应物起始浓度之间的关系 ,同时 ,提出了Pt(Ⅳ ) /AMM Ti上电荷分离的可能机理和 2 ,4 二氯苯氧基乙酸光催化降解的反应机理     

Ti(SO4)2水热法制纳米SO2-4/TiO2光催化剂的光谱研究

以Ti(SO4) 2 水溶液为前驱物 ,尿素为沉淀剂 ,采用水热沉淀 加热分解 浸渍烧结法制备纳米SO2 -4/TiO2 固体超强酸光催化剂 ,并用XRD ,BET ,FTIR ,DRS和FS等对中间态粒子和产物进行表征 ,以光催化降解罗丹明B为模型反应 ,筛选制备SO2 -4/TiO2 光催化剂的优化条件。结果表明 ,用Ti(SO4) 2 为前驱物 ,水热法能在较低的温度、弱碱性介质中 ,得到纳米锐钛矿型TiO2 晶体 ;在 30 0℃下控制焙烧 4h ,基本能使水热反应副产物 (NH4) 2 SO4等分解 ,又避免H2 SO4大量的流失 ;SO2 -4负载量和烧结时间是影响SO2 -4/TiO2 光催化活性的主要因素 ,当SO2 -4负载量 11%、烧结温度 4 5 0℃时 ,制备的SO2 -4/TiO2 光催化剂活性较高 ,达P 2 5光催化剂的水平     

用于SERS检测的二氧化钛薄膜制备研究

利用溶胶-水热法成功在金属铝片上生长了TiO₂膜。该材料作为SERS基底稳定性好,合成简单,成本低,且能实现快速检测。通过测试XRD、 SEM、以及UV-Vis-NIR吸收光谱等实验对薄膜进行表征,并系统研究了钛酸四丁酯含量对TiO₂薄膜形貌结构、 SERS性能的影响。以4-MBA为探针分子,研究了这些薄膜基底的SERS性能。结果表明,钛酸四丁酯的含量对TiO₂薄膜的微观结构和对SERS性能都有显著影响。     

Ag/K_4Nb_6O_(17)异质结催化剂的制备、光谱分析及光催化性能研究

采用低温水热法成功制备了层状的K4Nb6O17半导体光催化材料。考虑到水热合成的K4Nb6O17表面多羟基(Nb—OH)和端氧(Nb O,Nb—O-)的特点,采用Ag(en)2+配合物前驱体法制备了高度均匀分散的Ag/K4Nb6O17异质结光催化剂,光催化性能评价结果表明,半导体K4Nb6O17表面负载极少量的Ag,其光催化降解甲基橙活性便得到大幅度提高,Ag的最佳负载量为0.5 at%。综合XRD,FTIR,UV-VisDRS,XRF和TEM表征结果,对Ag/K4Nb6O17异质结光催化剂的作用机制进行了较详细地阐述并获得如下结论:(1)K4Nb6O17提供了降解有机染料分子的电子和空穴;(2)K4Nb6O17纳米晶上Ag粒子作为光生电子接受器,促进了金属-半导体界面上电荷的转移,有效地分离了光生电子-空穴对,提高了光催化活性。     

有机膨润土负载ZnO/TiO2光降解催化剂的研制及性能

以六水硝酸锌、酞酸丁酯和有机膨润土为原料,采用沉淀法制备ZnO/TiO2膨润土复合光催化材料,用IR和XRD对光催化剂的组织构造和微观结构进行表征,实验了光催化剂对亚甲基蓝废水的降解性能。结果表明：ZnO/TiO2成功负载于膨润土片层表面,ZnO的含量为有机膨润土的8%,反应温度为70℃,焙烧温度为420℃,催化剂用量为12mg/L时,亚甲基蓝废水的降解率可达97%以上。     

共聚改性g-C3N4-N可见光催化降解RhB的研究

染料废水的排放对人类健康和生态系统构成严重威胁,光催化技术因其操作简单、绿色环保等优点在解决环境污染问题上已显示出巨大的潜力。类石墨相氮化碳（g-C₃N₄）由于成本低且具有良好的化学稳定性,被认为是光催化领域最有前景的新型光催化剂之一,但由于单一g-C₃N₄的比表面积小、可见光吸收能力低、光生电子-空穴复合率高影响了其光催化性能。以邻氨基苯甲腈和尿素为原料,通过高温共聚改性制备高催化活性的g-C₃N₄-N光催化剂,研究g-C₃N₄-N在不同pH值、g-C₃N₄-N投加量和RhB溶液浓度条件下对RhB光催化降解的影响,并结合红外光谱、XRD、BET、UV-Vis对g-C₃N₄-N光催化降解RhB的机理和染料降解路径进行解析。结果表明,经共聚改性制备的碳化氮为类石墨型纯相g-C₃N₄-N,具有稳定的光催化活性、大的比表面积和多孔结构,在初始pH值为3时,加入50 mg的g-C₃N₄-N在可见光条件下光催化降解10 mg·L-1 的RhB可达到最好的光催化降解效果,RhB在暗反应30 min内的吸附去除率可达30%左右,120 min的去除率达到97.7%。在光催化作用下,g-C₃N₄-N将吸附在光催化剂表面的罗丹明B分子通过快速N-脱乙基过程形成DER、EER和AR等大分子中间体,它们在空穴与·OH和·O-₂作用下,共轭结构裂解、开环,生成丁二酸、间苯二酚、丙酸等小分子,脱除的乙基被逐步氧化为乙二醇,这些小分子可以被转化为CO₂和H₂O。     

一种简单的方法制备SERS基底用于染料分子的富集、降解与检测

用一种简单的方法制备银纳米粒子, 研究了此纳米粒子作为SERS基底、吸附剂和光催化剂的多功能性。在光照条件下研究其对染料分子的光催化性能, 用紫外光谱和表面增强拉曼光谱对整个光催化过程进行动态跟踪检测, 实验结果表明染料分子光照条件下确实被催化降解了。本实验不仅合成了多功能的基底材料, 还赋予了表面增强拉曼光谱新的应用价值, 为光催化实验提供了新的动态跟踪检测方法。     

RuO2/TiO2/漂珠复合光催化剂的制备及性能

"利用RuO2/TiO2前驱体溶胶,采用溶胶-凝胶-浸渍法在漂珠(FP)表面沉积RuO2/TiO2膜,经120 ℃干燥、500 ℃焙烧制备复合光催化剂RuO2/TiO2/FP,并通过SEM、XRD以及FT-IR分别对其结构进行了表征． 结果表明,RuO2/TiO2膜的平均厚度(三层)约1 1m,膜材料中TiO2主要呈现锐钛矿型结构,而RuO2是以非晶态高度分散在粒子表面．以高效氯氰菊酯杀虫剂的光催化降解为模型反应,研究了RuO2/TiO2/FP的光催化性能,探讨了影响催化剂活性的因素及采用太阳光做光源处理     

Pt（IV）修饰的非晶态TiO2对2，4-二氯苯氧基乙酸的可见光降解

用溶胶-凝胶法制备了在可见光照射下具有光催化活性的掺杂P（t Ⅳ）离子的非晶态微孔TiO2，表面积为160～200 m2/g；含3.0%Pt（Ⅳ）的AMM-Ti具有最大的光催化活性. X射线精细结构分析（EXAFS）表明，单个的PtCl4分子均匀地分布在非晶态二氧化钛表面；用这种光催化剂降解2，4-二氯苯氧基乙酸时，2，4-二氯苯酚是主要的中间物，通过Langmuir-Hinshelwood 方程的线性形式估算了反应速率常数k 和吸附平衡常数K，研究了光催化起始反应速率和反应物起始浓度之间的关系，同时，提     

RuO2/TiO2复合光催化剂的制备及性能研究

采用溶胶-凝胶-浸渍法制备了RuO2/TiO2复合光催化剂, 以紫外灯为光源, 直接耐晒黑G溶液的光催化降解为模型反应, 研究了RuO2/TiO2的光催化性能. 结果表明 掺杂量ω(RuO2)为0.16%、煅烧温度500 ℃、催化剂投加量为5.00 g·L-1时, RuO2/TiO2复合光催化剂催化活性最高. 直接耐晒黑G降解反应遵从Langmuir-Hinshelwood动力学模型, 测得反应速率常数为4.94×10-3 mmol(L·min)-1和吸附常数14.2 L·mmol-1.     

纳米复合材料TiO2-ZrO2光催化降解可溶性染料的研究

采用溶胶-凝胶方法将光催化剂TiO2和ZrO2复合,再经700℃灼烧5h后获得了纳米复合光催化材料TiO2-ZrO2.该材料经XRD检测具有光催化活性良好的晶型结构.TEM测定结果显示产物的平均粒径约为20nm.通过对可溶性染料刚果红等的光催化降解实验证明,该复合材料具有较高的光催化活性.