掺杂二氧化锡的二氧化钛的光学性质及其光催化特性

二氧化钛多相催化是一种极具前途的环境污染深度净化技术。 本文以钛酸四丁酯和四氯化锡为原料,无水乙醇为溶剂,采用溶胶-凝胶法制备了掺杂二氧化锡的二氧化钛薄膜和复合氧化物粉体。通过测量薄膜的吸收光谱推算光学能隙,结果发现掺杂样品的光学能隙比纯二氧化钛样品有所变小。随着热处理温度的提高,掺杂和纯二氧化钛样品的光学能隙都略微降低。X-射线衍射分析表明,复合氧化物粉体的热处理温度对样品的晶体结构和光催化性能有重要影响。以掺杂二氧化锡5 % 摩尔比的样品与纯二氧化钛对照,500 ℃以下热处理样品以锐钛矿结构为主,600 ℃热处理样品为锐钛矿与金红石相共存,并显示了较好的光催化性能。透射电子显微镜观察显示,同样600 ℃热处理,掺杂样品要比纯二氧化钛具有更小的颗粒尺寸。在700 ℃热处理的样品中,掺杂样品只存在金红石相而纯二氧化钛样品中仍存有锐钛矿相。用阿伦尼乌斯经验关系式推测的晶粒生长的活化能,纯二氧化钛47.486 kJ.mol, 掺杂5 % 摩尔比的复合氧化物样品33.103 kJ.mol。以亚甲基蓝为降解物质,考察了掺杂量和热处理温度对样品的光催化性能。     

不同介质条件下纳米二氧化钛溶胶的低温制备及其光催化性能表征

以四氯化钛为原料,分别以硝酸和过氧化氢为介质在低温下制备了两种二氧化钛溶胶A和B,通过X-射线衍射、透射电子显微镜、紫外-可见吸收光谱等测试手段进行了表征。结果表明,两种样品中的TiO2结晶相颗粒均呈锐钛矿型结构,样品A呈球形,粒径为4.8nm,样品B呈纺锤形,粒径为11．2nm;样品B比A结晶度高,而且光吸收波长红移了大约130nm。通过室外光催化降解亚甲基兰和室内光催化降解品红两组实验对比,研究了样品A和B的光催化活性,结果表明样品B比A具有更高的光催化性能。     

纳米TiO2薄膜耦合光催化氧化还原反应脱除水中无机氮

由溶胶-凝胶法制备了固定化二氧化钛薄膜,研究了薄膜催化剂光催化脱除含氨氮-亚硝酸氮混合液中无机氮的活性.考察了溶胶制备工艺、催化反应条件(尤其pH)对光催化活性的影响.实验证明:酸性条件有利于亚硝酸氮的还原,碱性条件有利于氨氮的氧化,通过调节pH可以获得光催化氧化氨氮和还原亚硝酸氮耦合效果.如果加入甲酸维持酸性务件,反应0.5 h后再将pH调回碱性,可以大大提高光催化脱氮的效果:经过2 h的光催化反应,二氧化钛膜催化总氮去除率可达50%以上.经多次试验证明附载二氧化钛薄膜不脱落,光催化活性未见减弱,可重复利用.提出了光催化脱氮的反应机理.     

稀土元素钬掺杂二氧化钛光催化剂的制备及对碱性品红降解性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了纯二氧化钛和稀土元素钬掺杂的二氧化钛光催化剂,以碱性品红为指示剂,采用紫外-可见分光光度法对样品的光催化性能进行了研究。结果表明:当掺杂钬的物质的量的分数为0.3%,碱性品红的质量浓度为20 mg·L^-1,温度为25℃,体系的pH值为6.2时,在可见光下4 h的脱色率达到20.0%;适量钬的掺杂可提高二氧化钛的光催化性能。     

金纳米颗粒在等离子体共振光催化剂中的作用机理研究

金纳米颗粒在等离子体共振光催化剂中具有多种不同的作用机理。本文采用溶胶-凝胶法合成了氮/碳共掺杂超薄二氧化钛(D-TiO₂)包覆的SiO₂/Au/D-TiO₂三明治型及SiO₂/D-TiO₂核壳纳米结构材料,对金纳米颗粒在含有可见光响应型半导体的等离子体共振光催化剂光催化分解水制氢反应中的作用机理进行了探索。研究结果表明,在该等离子体共振光催化剂的光催化反应过程中,金纳米颗粒同时体现出肖特基效应和等离子体共振效应作用机理,且作用机理与光生载流子的多少以及金纳米颗粒的负载量有关。负载量较低时,金纳米颗粒的作用机理与光生载流子的多少有关。而在高负载量条件下,金纳米颗粒在可见光照射下主要表现出肖特基效应对光催化活性的影响。     

银纳米颗粒负载TiO2复合薄膜的光催化活性及其光电流性质

制备了3种不同粒径的Ag纳米颗粒,将它们分别掺入二氧化钛溶胶, 制备成复合二氧化钛薄膜。利用TEM测定了Ag粒子的大小,测量TiO₂复合膜的光电流,以亚甲基蓝降解反应评价了Ag/TiO₂薄膜的光催化活性.结果表明,负载不同粒径Ag纳米粒子后,TiO₂薄膜的光电流和光催化活性均得到一定程度的提高.当负载平均粒径6.9 nm的Ag粒子后,薄膜具有最高的光电流和最强的光催化活性.     

TiO2-石墨烯光催化剂：制备及引入石墨烯的方法对光催化性能的影响

利用溶胶-凝胶法原位制备了二氧化钛/石墨烯(TiO2-GE)复合光催化剂,研究了纯TiO2以及不同方法制备的TiO2-GE复合光催化剂对亚甲基蓝及罗丹明B光催化降解性能。结果表明:石墨烯的引入提高了TiO2的光催活性,这主要是得益于石墨烯优异的电子传输性能及较好吸附特性。不同方法制备TiO2-GE复合催化剂的光催化活性也存在较大差别。原位制备的TiO2-GE复合光催化剂表现出最佳的光催化活性。     

碳纳米管负载纳米TiO2复合材料的制备及其性能

采用溶胶-凝胶法, 以钛酸丁酯为原料, 将纳米TiO2负载在碳纳米管(CNTs)表面, 制备了CNT-TiO2光催化复合材料. 通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等手段研究了复合颗粒的形态结构及包覆情况, 通过UV-Vis漫反射谱分析比较了纯TiO2和CNT-TiO2的吸光性能, 并研究了不同温度热处理的CNT-TiO2光催化剂在紫外光照射下对甲基橙光催化降解的性能. 结果表明, 纳米TiO2颗粒以锐钛矿相存在, 紧密地包附在碳纳米管的管壁上, CNT-TiO2在紫外-可见光波长范围内均有较好的吸光性能, 450 ℃热处理后的复合光催化剂CNT-TiO2比纯TiO2对甲基橙光降解有更高的光催化活性.     

煅烧温度对铽掺杂纳米二氧化钛及光学性能的影响

以钛酸丁酯为原料,通过溶胶-微波法对纳米TiO_2进行掺杂复合改性,提高纳米TiO_2的光催化性能。采用SEM、TEM、XRD、XPS等手段研究了煅烧温度对溶胶-凝胶法制备的纳米Tb/TiO_2复合颗粒的晶型、形貌及光催化性能的影响。结果表明:当煅烧温度为500℃时,纯纳米TiO_2降解率最优为50.2%,纳米Tb/TiO_2复合颗粒降解率最优为75.1%,此时稀土铽掺杂量为0.50%,晶粒尺寸为8.9nm左右,其光学性能明显提高。合适的煅烧温度和稀土掺杂量能有效的提高纳米TiO_2光催化性能。分析发现,稀土Tb的掺杂拓宽了TiO_2的光响应范围,延迟晶型转变,提高TiO_2的热稳定性,此外还能抑制TiO_2晶粒的生长;纳米Tb/TiO_2复合颗粒为纯锐钛矿相,随着煅烧温度的升高,纳米TiO_2团聚加剧,比表面积降低,锐钛矿相向金红石相转变,光催化活性降低。     

铁酸锌掺杂对二氧化钛结构相变及光催化性能的影响

分别采用共沉淀法和溶胶-凝胶法制备铁酸锌和二氧化钛纳米粉体,较系统地研究了铁酸锌纳米掺杂对二氧化钛“锐钛矿→金红石”的结构相变及光催化性能的影响.结果表明,适量铁酸锌的掺杂可促进二氧化钛的结构相变,显著提高其光催化活性,在最佳掺杂浓度时,其光催化降解苯酚的效率可以提高2～3倍.     

磷掺杂锐钛矿二氧化钛能带结构的从头计算研究

用密度泛函方法优化了锐钛矿二氧化钛及其磷掺杂锐钛矿二氧化钛的晶体结构.研究揭示了用超胞模型研究未掺杂和P掺杂锐钛矿TiO2能带结构和态密度的可行性.计算结果对于提高TiO2光催化活性有意义.     

P掺杂量对纳米TiO2结构及其光催化甘油水溶液制氢性能的影响

以钛酸丁酯为前驱体,以NaH2PO4为掺杂离子给体,采用溶胶-凝胶法制备了系列P掺杂的TiO2光催化剂,运用N2吸附-脱附、透射电子显微镜、X射线衍射、傅里叶变换红外吸收光谱、激光拉曼光谱、紫外-可见光漫反射等技术对催化剂进行了表征.结果表明,适量掺杂的P可以进入TiO2骨架中,而掺杂量过高时,P将溶解于TiO2晶格间隙中;P掺杂后的TiO2均为具有介孔结构的锐钛矿晶型纳米颗粒,其晶粒变小,分散度明显提高.适量P掺杂增大样品的比表面积,并使得TiO2禁带内引入杂质能级,降低了禁带能量,增加了光生电子和空穴的分离性能,提高了TiO2的吸光性能.光催化甘油水溶液制氢反应结果表明,P掺杂的TiO2表现出远高于纯TiO2的光催化活性;5%P掺杂样品在紫外光和模拟太阳光辐射下,其最高产氢速率可分别达1838和209μmol/(g.h).这与掺P后晶粒变小、比表面积增大、禁带能量降低以及光生电子和空穴的分离性能增加有关.     

阴离子掺杂改性纳米TiO_2的光催化性能

利用钛酸丁酯水解浸渍方法制备了多种阴离子掺杂改性TiO2纳米复合粉体材料,并作了XRD、BET等表征,研究了它们对气相光催化降解正己烷反应的活性,并和阳离子K+ 掺杂TiO2、未掺杂TiO2及商品TiO2 Degussa P-25作了比较。结果表明,在实验的掺杂浓度下,多数阴离子的掺杂虽对TiO2的光催化活性略有降低,但仍要优于P-25,活性最差的是钾离子掺杂TiO2,H3PO4和NH4H2PO4的掺杂则对TiO2的光催化活性有明显的促进作用。     

低含量铁掺杂纳米TiO2薄膜的制备及其抗菌机理研究

采用溶胶凝胶-浸渍提拉法,制备了玻璃基底上生长的Fe/TiO₂薄膜.利用XRD、XPS、AFM等对样品进行表征,研究了铁掺杂对TiO₂薄膜晶体结构和表面形貌的影响,并研究了不同掺铁量TiO₂薄膜对大肠杆菌的抗菌性能.结果表明,铁掺杂TiO₂薄膜的抗菌性能均优于纯TiO₂薄膜,其中掺铁量为0.1%时薄膜的抗菌性能最佳,高达98%.     

Synthesis and characterization of Nano titania particles embedded in mesoporous silica with both high photocatalytic activity and adsorption capability

TiO(2)-xSiO(2) composites with a high specific surface area (up to 645 m(2)/g), large pore volume, and narrow distribution with average pore sizes ranging from 15 to 20 A have been synthesized by the sol-gel method. The results of characterization by XRD, BET, TEM, FTIR, and DRUV reveal that these TiO(2)-xSiO(2) composites exhibit a core/shell structure of a nano titania/Ti-O-Si species modified titania embedded in mesoporous silica. As compared to pure anatase, the embedding of nano titania particles into the mesoporous silica matrix results in a substantial blue shift of absorption edge from 3.2 to 3.54 eV and higher UV absorption intensity, which are attributed to the formation of the Ti-O-Si species modified titania in the interface between titania and silica. The as-synthesized TiO(2)-xSiO(2) composites exhibit both much higher absorption capability of organic pollutants and better photocatalytic activity for the photooxidation of benzene than pure titania. The better photocatalytic activity of as-synthesized TiO(2)-xSiO(2) composites than pure titania is attributed to their high surface area, higher UV absorption intensity, and easy diffusion of absorbed pollutants on the absorption sites to photogenerated oxidizing radicals on the photoactive sites.     

反胶束体系制备负载型TiO2纳米光催化剂

在AOT/异辛烷反胶束体系中制备了粒径为2～5nm的单分散球形TiO₂纳米粒子,用TEM,DSC和XRD等手段对其进行了分析;用浸渍法以小孔分子筛HZSM-5为载体制备了负载型TiO₂纳米粒子,用FTIR,Langmuir及BET等手段进行了表征;用以上2种TiO₂粒子作光催化剂进行了简单模拟废水处理研究,用UV-Vis光谱分析其催化效果表明,负载型TiO₂纳米粒子比纯TiO₂纳米粒子的光催化活性更高.     

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面积, 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, 与未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.     

Enhanced photocatalytic degradation of C.I. Basic Violet 2 using TiO2-SiO2 composite nanoparticles

In this report, TiO(2) -SiO(2) composite nanoparticles were prepared by the thermal hydrolysis method using titanium tetrachloride and tetraethylorthosilicate as TiO(2) and SiO(2) precursors, respectively. The prepared nanoparticles were characterized by X-ray powder diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), nitrogen adsorption/desorption and UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy (DRS). The results indicated that, in comparison with pure TiO(2), TiO(2)-SiO(2) composite nanoparticles had a higher thermal stability, which prevents phase transformation from anatase to rutile. In addition, the TiO(2)-SiO(2) nanoparticles had a higher specific surface area, larger pore volume, greater band gap energy and smaller crystallite size. Thus, the surface area of TiO(2)-40% SiO(2) composite nanoparticles was about 17 times higher than that of pure TiO(2) nanoparticles. The photocatalytic activity of TiO(2)-SiO(2) composite nanoparticles in the photodegradation of C.I. Basic Violet 2 was investigated. The photodegradation rate of Basic Violet 2 using TiO(2)-40% SiO(2) nanoparticles calcined at 600°C was much faster than that using pure TiO(2) and Degussa P25 TiO(2) by 10.9 and 4.3 times, respectively. The higher photoactivity of the TiO(2)-SiO(2) composite nanoparticles was attributed to their higher surface area, larger pore volume, greater band-gap energy and smaller crystallite size compared with pure TiO(2).     

Crystallization and photovoltaic properties of titania-coated polystyrene hybrid microspheres and their photocatalytic activity

The hybrid microspheres with polystyrene core coated by titania nanoparticles were prepared by miniemulsion polymerization, and the as-prepared samples were characterized by SEM, XRD, TG-DTA, XPS, and SPS techniques. TiO2 nanoparticles experienced two processes of phase transition, i.e., amorphous to anatase and anatase to rutile at the calcining temperature range from 400 to 1000 degrees C. The phase transformation temperature of TiO2 hybrid microspheres from anatase to rutile was increased by about 300 degrees C due to the blocking function of calcined polymer remainder. SPS results present that the band-gap of hybrid microspheres is 3.2-3.4 eV, which is larger than that of pure TiO2. The maximum intensity of the SPS signal is about 3 times larger for the hybrid material as compared to the pure TiO2. In addition, the photocatalytic degradation rate of TiO2 hybrid microspheres was 15% faster than that of pure TiO2 in the experiment of the photocatalytic degradation of methyl orange.     

SnO2-TiO2复合颗粒的形态结构及其光催化活性

在气溶胶反应器中,利用TiCl4高温氧化反应制备超细TiO2,采用均匀沉淀法在TiO2表面沉积SnO2,制备SnO2-TiO2复合颗粒,应用TEM、EDS、XRD、BET比表面积测试等手段对粒子进行表征。以活性艳红X-3B溶液为处理对象,考察复合颗粒的光催化活性。结果表明SnO2-TiO2复合颗粒的光催化活性较纯气相合成超细TiO2有较大提高,SnO2最佳含量为15.3%,SnO2-TiO2复合颗粒光催化活性的提高归因于不同能级半导体之间光生载流子的输运和分离。