具有可见光响应的C、N共掺杂TiO2纳米管光催化剂的制备

为了提高二氧化钛对可见光的利用效率,采用等离子体电解方法对二氧化钛实现了C、N共掺杂.掺杂通过等离子体电解HCONH2、NaNO2、(NH2)2CO产生活性N、C实现.XPS结果表明,C、N掺杂进入了氧化钛晶格.紫外漫反射光谱分析表明,氧化钛对可见光(＞400 nm)的响应增强,其光催化降解能力也大大增强.C、N共掺杂TiO2是一种利用太阳能的理想的光催化剂.     

具有可见光响应的C、N共掺杂TiO2纳米管光催化剂的制备

为了提高二氧化钛对可见光的利用效率, 采用等离子体电解方法对二氧化钛实现了C、N共掺杂. 掺杂通过等离子体电解HCONH2、NaNO2、(NH2)2CO产生活性N、C实现. XPS结果表明, C、N掺杂进入了氧化钛晶格. 紫外漫反射光谱分析表明, 氧化钛对可见光(>400 nm)的响应增强, 其光催化降解能力也大大增强. C、N共掺杂TiO2是一种利用太阳能的理想的光催化剂.     

负载金的掺氮二氧化钛的制备及其可见光催化性能

以纳米管钛酸为前驱体,采用水热法先制备得到新型N掺杂二氧化钛,然后用沉积沉淀法在N掺杂二氧化钛表面负载微量贵金属Au,制备得到负载Au的掺N二氧化钛.利用TEM、XRD、XPS、ESR和DRS等手段研究了样品的形貌、晶体结构、元素化学态和光谱吸收性质.样品光催化活性通过可见光催化降解丙烯进行评价,结果表明,样品N-TiO₂和Au/N-TiO₂具有明显的可见光(λ≥420 nm)催化活性.ESR结果表明,掺氮过程中生成的束缚单电子的氧空位是样品具有可见光响应的原因.     

Fe、N共掺杂TiO2纳米管阵列的制备及可见光光催化活性

应用电化学阳极氧化法结合浸渍和退火后处理制备了Fe和N共掺杂的TiO2纳米管阵列光催化剂,并用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和俄歇电子能谱(AES)仪对其进行了表征.结果表明,Fe、N共掺杂对TiO2纳米管阵列的形貌和结构没有明显影响,Fe和N均掺入了TiO2晶格.紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱显示Fe和N共掺杂TiO2纳米管阵列的吸收带边较纯TiO2纳米管阵列和单一掺杂TiO2纳米管阵列红移,可见光吸收增强.以可见光催化降解罗丹明B(RhB)考察了材料的光催化活性,Fe和N共掺杂TiO2纳米管阵列对RhB的降解速率较纯TiO2纳米管阵列和单一掺杂TiO2纳米管阵列明显提高,证明了Fe、N共掺杂产生的协同效应提高了TiO2纳米管阵列在可见光照射下的光催化活性.     

S、Al掺杂TiO2纳米材料的固相合成及其可见光降解性能

采用固相反应法分别合成了硫掺杂二氧化钛(S-TiO2)、铝掺杂二氧化钛(Al-TiO2)及硫和铝共掺杂二氧化钛(S-Al-TiO2)纳米材料,并对材料进行了XRD、SEM、UV-Vis、XPS、Raman、N2吸附-脱附等物相织构表征,同时研究了材料对溴甲酚绿(BCG)的可见光降解活性。结果表明,在S-Al-TiO2纳米材料中,硫以阳离子S6+进入二氧化钛晶格,铝以同晶取代方式占据TiO2晶格中Ti的位置,其晶型为锐钛矿型。S、Al共掺杂能有效地抑制TiO2晶粒的生长,其紫外-可见漫反射吸收光谱涵盖了可见光区并延伸到近红外区域。材料的光催化活性决定于掺杂元素及其掺杂量。在25℃、pH=6.5下,S-Al-TiO2纳米材料对溴甲酚绿的可见光降解具有很高的活性,并服从一级反应动力学规律。当S与Al投料物质的量的比为1∶9时,S-Al-TiO2(1S-9Al)纳米材料对BCG的可见光降解速率常数为0.03286 min-1,分别是纯TiO2、S-TiO2及Al-TiO2的5.46、2.62和4.63倍。50 min内,S-Al-TiO2(1S-9Al)纳米材料对BCG的可见光降解率达80%。     

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.     

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.     

NH3处理温度对N掺杂P25-TiO2的可见光催化活性的影响

研究了NH3处理温度对N掺杂P25-TiO2可见光催化活性的影响以及可见光催化活性与表面组成和结构的关系．实验结果表明：NH3处理温度在600℃时,有最高活性;在700℃,P25-TiO2转变为以金红石相为主,表面未发生N掺杂,这与700℃时NH3分解有关;N掺杂浓度、可见光吸收两者与可见光催化活性之间均不存在顺变关系．讨论揭示：N掺杂P25-TiO2的可见光催化活性是由三个要素协同作用产生：（i）表面生成大量束缚单电子氧空位（Vo）,（ii）表面有N掺入,（iii）晶型以锐态矿为主,三者缺一不可．     

改性二氧化钛纳米棒的制备及其对有机污染物的光催化降解研究

为了改善纳米二氧化钛的光催化活性,通过水热法制备了氮钨共掺杂二氧化钛纳米棒。通过扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM),X射线光电子能谱(XPS)和紫外可见光吸收光谱(UV-VIS)法等对产物进行了相关表征。结果显示,与未掺杂的二氧化钛相比,氮钨共掺杂的二氧化钛纳米棒在可见光区域显示出了较强的光催化活性。因为氮钨阳离子的掺入拓宽了可见光的吸收区域。     

改性二氧化钛纳米棒的制备及光催化有机污染物研究

为了改善纳米二氧化钛的光催化活性,通过水热法制备了氮钨共掺杂二氧化钛纳米棒。通过扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM),X射线光电子能谱(XPS)和紫外可见光吸收光谱 (UV-VIS)等对产物进行了相关表征。结果显示：与未掺杂的二氧化钛相比,氮钨共掺杂的二氧化钛纳米棒在可见光区域显示出了较强的光催化活性。因为氮钨阳离子的掺入拓宽了可见光的吸收区域。     

可见光响应Gd-N-TiO2纳米光催化剂的溶胶-水热制备及表征

利用溶胶-水热法制备了未掺杂、N掺杂、Gd掺杂和Gd-N共掺杂TiO2纳米光催化剂,以甲基橙(MO)溶液在紫外光和可见光照射下的光催化脱色评价其光活性;采用XRD、XPS、BET、UV-Vis和PL分析技术表征样品的物理化学性能,探讨Gd-N共掺杂对TiO2光活性的影响机制。结果表明,Gd掺杂能有效抑制光生e-/h+的复合,提高光量子效率;抑制TiO2晶粒生长,改善样品表面织构特性,明显提高紫外光活性。N掺杂窄化TiO2带隙,拓宽光吸收范围至可见光区,从而提高了可见光活性。Gd-N共掺杂进一步窄化带隙增加可见光吸收,减小晶粒尺寸,改善样品的表面织构特性,增强织构的热稳定性。与单掺杂样品相比,Gd-N-TiO2在可见光照射下对MO的光催化脱色活性进一步提高,这归因于Gd-N共掺杂的协同效应。     

N, S共掺杂纳米TiO2：水解-溶剂热法合成及可见光催化活性

采用简单的两相分离的水解-溶剂热法,以硫脲为非金属原料,可控地制备了N,S共掺杂的纳米TiO₂。所获得的纳米TiO₂平均粒径为10nm、粒径分布集中,且分散性好。N,S共掺杂拓展了纳米TiO₂对可见光的响应范围。气氛可控的表面光电压谱（SPS）的测试结果表明,N,S共掺杂引起的表面态能够捕获光生空穴,进而有利于光生电荷分离。在可见光催化氧化水产氧及降解污染物乙醛的过程中,共掺杂的纳米TiO₂表现出了高的活性,甚至优越于N掺杂的。这主要归因于N,S共掺杂的纳米TiO₂分散性好、可见光吸收强和光生电荷分离高。     

N、F共掺杂TiO2可见光响应光催化剂的酸催化水解法制备及表征

采用酸催化水解法由TiCl4、NH4F混合液合成N、F共掺杂可见光响应TiO2光催化剂(TONF).以苯酚为模型物,考察了催化剂在可见光区、紫外光区的催化活性.采用X射线光电子能谱(XPS)、紫外.可见漫反射光谱(DRS)、X射线衍射(XRD)、打描电子显微镜(SEM)及低温氮物理吸附对光催化剂的晶相结构、光谱特征和表面结构等进行表征.结果表明,适量的N、F共掺杂TONF催化剂表现出较高的可见光催化活性.N、F共掺杂可显著提高TiO2分散性能,促进锐钛矿相的形成,抑制其向金红石相转变,提高相转变温度.N掺杂可提高TiO2在可见光区的吸收;F掺杂可使TiO2能隙变窄.     

N、F共掺杂TiO2可见光响应光催化剂的酸催化水解法制备及表征

采用酸催化水解法由TiCl4、NH4F混合液合成N、F共掺杂可见光响应TiO2光催化剂(TONF). 以苯酚为模型物, 考察了催化剂在可见光区、紫外光区的催化活性. 采用X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及低温氮物理吸附对光催化剂的晶相结构、光谱特征和表面结构等进行表征. 结果表明, 适量的N、F共掺杂TONF催化剂表现出较高的可见光催化活性. N、F共掺杂可显著提高TiO2分散性能, 促进锐钛矿相的形成, 抑制其向金红石相转变, 提高相转变温度. N掺杂可提高TiO2在可见光区的吸收; F掺杂可使TiO2能隙变窄.     

碳-氮共改性中空二氧化钛光催化剂的同步合成及其高效的光催化行为和循环稳定性研究（英文）

抗生素的滥用导致了严重的水体污染,如何处理水体中难以降解的抗生素是目前环境领域中重要的研究课题之一.研究发现,二氧化钛具有优良的光催化性能,但由于其宽能带(～3.2 eV),导致其低抗生素的降解率.本文构建了一种新型的碳氮共改性中空二氧化钛光催化剂(C/N-TiO_2),研究发现,所制备的C/N-TiO_2不仅能提高二氧化钛的可见光吸收,而且还有效地降低了其禁带宽度,因此能大大地提高其对四环素的降解能力和降解速率.该新型的C/N-TiO_2光催化剂主要利用阳离子聚苯乙烯作为创造二氧化钛中空结构的模板和碳源,在氨/氩混合气作用下煅烧,能同步制备出碳-氮共改性的中空二氧化钛光催化剂.TEM和SEM电镜图清晰显示出C/N-TiO_2具有良好的中空结构.STEM Mapping测试证实碳和氮元素都均匀地分布在C/N-TiO_2的中空微球上,实现了其良好的改性.N1s的XPS谱图显示出在N-TiO_2和N-TiO_(2-x)的特征峰的存在,证实了氮掺杂TiO_2的成功合成.固体紫外也进一步证实了C/N-TiO_2不仅具有强的紫外光吸收,还因碳和氮共改性呈现出强的可见光吸收.更重要的是,这种碳/氮共改性有效地降低了TiO_2的禁带宽度(～2.83 eV).研究了C/N-TiO_2光催化剂在可见光和模拟太阳光作用下,对四环素类的光催化降解行为,并与碳改性的中空二氧化钛(C/TiO_2)的进行比较.结果表明,在可见光作用下,C/N-TiO_2光催化剂在30 min内能降解大约86.3%四环素,高于C/TiO_2对四环素(76.4%).在可见光降解氯四环素时,C/N-TiO_2也取得了比C/TiO_2更高的降解率.我们进一步测试了两种催化剂在模拟太阳光作用下的催化性能差异.结果表明,C/TiO_2对四环素降解率达到98.3%,而C/N-TiO_2在30 min内几乎实现了四环素的完全降解(99.6%).根据Langmuir-Hinshelwood计算出四环素的降解速率,发现C/N-TiO_2对四环素的降解速度为0.1812min~(-1),是同样条件下C/TiO_2的1.4倍.结果表明,所研制的C/N-TiO_2无论是在可见光还是在模拟太阳光作用下,都比C/TiO_2展现出更高的四环素和氯四环素的降解率.以上结果清晰的表明碳氮共改性因其协同效应,比碳改性在提高TiO_2的催化性能方面起着更重要的作用.本文用质谱进一步研究了四环素光降解的中间体,并提出了其可能的降解路径.光催化循环实验证明,所制备的C/N-TiO_2在循环四次后,其对四环素的降解率都没有发生明显的下降,说明C/N-TiO_2具有良好的循环稳定性能,为其潜在的应用奠定了坚实的基础.     

纳米二氧化钛的量子尺寸效应及掺杂氧化锡对其光吸收的影响

采用溶胶-凝胶法制备了量子尺寸的纳米氧化钛和锡掺杂的纳米氧化钛,经过不同温度的热处理得到不同尺寸的粉末样品.通过X射线衍射(XRD)和电子衍射(ED) 表征了不同样品的物相组成和粒径(3～12 nm),通过反射谱(RS)深入研究了纳米氧化钛的量子尺寸效应及掺杂氧化锡对于纳米氧化钛光吸收性质的影响.实验结果表明纳米氧化钛有明显的光吸收量子尺寸效应,掺杂氧化锡促进了二氧化钛的锐钛矿向金红石相的转变,降低了相变起始温度.由于相变和尺寸变化两方面相反的作用,掺杂氧化锡对于二氧化钛光吸收边的位移影响不大.     

通过一种新型共前驱体的方法简单合成能增强TiO_2可见光光催化活性的C修饰及Fe,N共掺杂的TiO_2材料（英文）

为了提高TiO_2的可见光光催化活性,研究者做了很多努力.晶格掺杂和表面修饰是提高TiO_2可见光光催化活性的两种重要方法,但由于这两种方法实施的条件不一样,所以很难将它们在同一个制备过程中统一起来.为了解决这个问题,我们通过邻菲罗啉与Fe2+络合形成Fe(II)-phenanthroline配合物,然后以这种配合物作为Fe,N,C的共同来源,通过水热-煅烧的方法合成Fe,N共掺杂且C表面修饰的TiO_2材料(Fe,N co-doped TiO_2/C).通过其在可见光照射下降解4-NP来评估材料的性能,同时也以XRD,FT-IR,XPS,EPR等手段对材料进行表征,结合实验结果推测了其可能的光催化机理.由可见光光催化降解动力学数据可知,Fe,N co-doped TiO_2/C表现出来的性能最佳,其反应速率常数为0.00963 min儃1,约是纯TiO_2的5.9倍,约是以三种单独来源分别引入Fe,N,C三种元素样品((Fe,N,C)-TiO_2)的5.1倍.这说明不同引入元素之间的强烈相互作用可以协同地提高TiO_2光催化能力.HRTEM图片显示Fe,N co-doped TiO_2/C中存在异质结结构,它是锐钛矿和板钛矿的混合晶相,TiO_2的这种混合晶型有利于增强其光催化性能.结合Fe,N co-doped TiO_2/C的XPS、拉曼和FT-IR数据进行分析,结果显示C元素是修饰在TiO_2晶体表面,N元素是完全掺杂到TiO_2晶格中,Fe元素大部分掺杂到晶格中,少部分修饰在晶体表面(这在Fe掺杂TiO_2的研究中较常见).另外,从XPS元素相对含量分析可知,用邻菲罗啉作为C,N的共同来源同时引入C,N,引入量比以往的报道提高了2倍左右,这表明我们报道的这种方法可以高水平地同时向TiO_2引入C和N元素,为同时高水平地向TiO_2中引入这两种元素提供了新的思路.结合EPR,时间-电流图,电化学阻抗图谱(EIS),光致发光图谱,Mott-Schottky图谱,XPS导带分析,活性自由基中间体捕获实验等多种表征的结果,我们推测Fe,N co-doped TiO_2/C的光催化机理如下:在可见光照射下,Fe,N co-doped TiO_2/C被激发而产生电子与空穴(h~+),电子与氧气反应形成O_2~-,然后O_2~-和h~+把污染物分子氧化并降解它们,而材料表面所修饰的C物质受之前所转移过来电子的保护,而不至于被强烈氧化.本研究实现了TiO_2晶格掺杂与表面修饰在同一制备过程的结合,为制备高性能无机-有机元素共掺杂,内部-外部共改性的TiO_2光催化材料提供了新的思路.     

非金属元素掺杂及三维花状多级结构对介孔TiO_2可见光催化性能的促进作用

分别以尿素和葡萄糖为氮源和碳源,在温和条件下合成了具有三维花状多级结构的氮/碳掺杂二氧化钛.研究了非金属元素掺杂及三维花状多级结构对介孔TiO_2可见光催化性能的促进作用,结果表明,二者在增强TiO_2在可见光区域的吸收和提高TiO_2材料的光催化活性方面起到了协同促进的作用.     

具有高可见光催化活性的Ti3+和碳共掺杂改性的TiO2光催化剂

以乙醇为碳源,采用操作简单的真空活化法一步实现对TiO₂的Ti³⁺与C的共掺杂改性,TiO₂用X衍线衍射、紫外-可见光谱、顺磁共振、X射线光电子能谱和红外光谱等手段表征了催化剂的结构、组成、光学性质. 结果表明, 经Ti³⁺与C共掺杂改性后的催化剂表现出高的可见光降解甲基橙活性. 复合在催化剂表面的石墨可以增强催化剂对可见光的响应范围,而Ti³⁺与氧缺陷形成的掺杂能级则可以提高光生电子的迁移效率. 实验表明,两者之间的协同作用促进了其可见光催化活性的提高.     

氯掺杂二氧化钛柱撑蒙脱土的合成及光催化性能

采用溶胶 凝胶法制备了氯掺杂二氧化钛柱撑蒙脱土催化剂。 利用XRD、SEM、UV-Vis-DRS、光致发光谱(PLS)、N2吸附-脱附和XPS等测试技术对其进行了表征。 结果表明,该催化剂具有明显的锐钛矿相结构,且氯掺杂与二氧化钛柱撑后,蒙脱土的层间结构没有完全被破坏;氯掺杂拓宽了其光吸收范围,在可见光区吸收增强;其带隙能由3.19 eV减小至3.14 eV;氯以阴离子形式存在于TiO2晶格中。 对硝基苯胺降解实验表明,氯掺杂可显著提高二氧化钛柱撑蒙脱土的光催化活性,氯掺杂量为6%(与钛的摩尔比)的催化剂具有较好光催化活性。