磁载光催化剂Fe3O4/C/TiO2的制备及对三氯苯酚的降解

以FeCl₃为铁源, 葡萄糖为碳源, 钛酸四丁酯为钛源, 采用水热法制备了磁载光催化剂Fe₃O₄/C/TiO₂, 用TEM、EDX、VSM、XRD和IR对Fe₃O₄/C/TiO₂的粒径、形貌和物相等进行了表征。研究了该催化剂对三氯苯酚的降解性能, 探讨了其重复使用的可能性, 用荧光光谱法推测了可能的反应机理。结果表明该材料结合了光催化与可再生的优点, 1 g·L^-1 Fe₃O₄/C/TiO₂在18 W紫外灯下, 50 min内可将三氯苯酚降解97.9%以上, 6次循环使用后降解率仍保持在95.1%, 降解过程中有羟基自由基生成。     

Fe2O3/TiO2纳米管的制备及其光电催化降解染料废水性能

采用阴极电沉积和阳极氧化法制备了Fe2O3改性TiO2纳米管(Fe2O3/TiO2-NTs)电极,运用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射和紫外-可见漫反射光谱等手段对其进行了表征,考察了其光电化学性能,并研究了复合电极光电催化降解甲基橙染料废水的反应性能.结果表明,Fe2O3的负载成功地将TiO2-NTs的光响应区间拓宽到可见光区域,Fe2O3/TiO2-NTs复合电极的光电流密度达到TiO2-NTs电极的3倍.在光电催化反应中,Fe2O3/TiO2-NTs复合电极对甲基橙的脱色效果明显优于TiO2-NTs电极,以Fe2O3/TiO2-NTs为阳极,光照5min,甲基橙溶液的脱色率可达90%以上.     

磁性Fe3O4/石墨烯Photo-Fenton催化剂的制备及其催化活性

采用共沉淀法制备磁性Fe3O4/GE(石墨烯)催化剂,实现Fe3O4纳米颗粒生长和氧化石墨烯还原同步进行,采用FTIR、XRD、TEM及低温氮吸附-脱附等对Fe3O4/GE纳米催化剂的物相、颗粒粒径及比表面积进行了表征。在H2O2存在条件下,以亚甲基蓝为目标降解物,考察了在模拟太阳光下Fe3O4/GE的催化活性,当氧化石墨烯与Fe3O4的质量比为1∶10时,经过2 h催化反应,在pH=6条件下,对亚甲基蓝的降解率达到98.7%,经过10次循环使用后对染料溶液的降解率仍保持在95.7%以上,明显优于纯的Fe3O4。     

磁性可见光催化剂BiVO4/Fe3O4的制备及催化活性

采用超声法将磁基体Fe3O4和BiVO4复合,制备了易于固液分离的磁性可见光催化剂BiVO4/Fe3O4。采用X射线衍射(XRD)、傅立叶转换红外光谱(FTIR)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)、透射电子显微镜(TEM)和磁学性质测量系统(MPMS)对产物进行了表征,并以亚甲基蓝为目标降解物,考察了BiVO4/Fe3O4的可见光催化活性。当BiVO4与Fe3O4质量比为5:1时,BiVO4/Fe3O4的催化活性最高,反应经过5 h,对亚甲基蓝的降解率达到92.0%,而单独使用BiVO4为催化剂,降解率仅为72.5%。这表明Fe3O4不仅起到磁基体的作用,还起到助催化剂的作用。BiVO4/Fe3O4在外加磁场的作用下很容易被分离,撤消外加磁场后,通过搅拌又可重新分散。BiVO4/Fe3O4 3次回收后的降解率仍高于80%。     

ZnFe2O4/TiO2纳米管阵列电极的制备及光电催化降解苯酚的研究

采用阳极氧化法和电沉积法制备出具有可见光响应的ZnFe2O4/TiO2纳米管阵列电极.用环境扫描电子显微镜(ESEM)、X-射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对制备的ZnFe2O4/TiO2纳米管阵列电极的表面形貌和结构进行了表征.结果表明,该方法成功地将ZnFe2O4纳米颗粒均匀分散在TiO2纳米管中,分布在管口处的较少.同时,详细讨论了反应物浓度、沉积时间、循环次数、沉积电压对ZnFe2O4/TiO2纳米管阵列电极性能的影响.通过在可见光下降解苯酚评价了复合电极的光催化活性,实验结果表明:由于ZnFe2O4和TiO2之间的协同效应,复合电极的光响应范围扩展到了可见光区域,光电催化活性提高1.5～2倍.     

磁性TiO2/CoFe2O4纳米复合光催化材料的制备

以磁性CoFe2O4为核,采用改进的溶胶-凝胶法,制备了磁性TiO2/CoFe2O4纳米复合光催化材料.利用VSM(振动样品磁强计)技术对其磁性能进行了研究,结果表明:由该法所得的TiO2/CoFe2O4纳米复合光催化材料的饱和磁化强度虽稍弱于纯CoFe2O4纳米材料,但其矫顽力则优于CoFe2O4.TEM、XRD、UV-Vis等的结果表明,该纳米复合材料中的TiO2为锐钛矿结构;与TiO2相比,纳米复合材料对光的吸收拓展到了整个紫外-可见区,且吸收强度大大增强.对染料废水光催化降解的模拟研究表明,该复合材料在紫外光下,6 h可以使亚甲基蓝染料溶液的脱色率达95%,且重复使用3次时染料溶液的脱色率仍能保持在90%,明显优于纯TiO2.     

Fe2BiTaO7纳米催化剂的组织结构及光催化性能

用固相反应合成法合成了光催化剂Fe2BiTaO7,通过XRD、SEM、TEM、紫外-可见漫反射等表征方法对其组织结构及光催化性能进行了研究。结果表明Fe2BiTaO7为立方晶系烧绿石结构,空间群为Fd3m,禁带宽度为1.72 e V。通过比较Fe2BiTaO7、P25TiO2、掺氮Ti O2和Bi2In Ta O7的可见光光催化降解罗丹明B,发现Fe2BiTaO7降解效果及催化活性均高于其它催化剂,并且Fe2BiTaO7降解罗丹明B效率是掺氮二氧化钛的1.5倍。Fe2BiTaO7降解罗丹明B的曲线符合一级动力学,一级动力学常数为0.022 93 min-1。研究了罗丹明B可能的降解路径和Fe2BiTaO7在可见光下降解苯酚的效果。Fe2BiTaO7(可见光)光催化剂系统适用于纺织工业废水处理。     

纳米Fe3O4含量对微生物燃料电池性能的影响

以不锈钢网为集流体,采用辊压工艺制备了Fe3O4质量分数分别为0%、2.5%、5.0%和7.5%的不锈钢网、活性炭粉和Fe3O4构成的复合阳极AcM、AcFeM1、AcFeM2和AcFeM3,研究了Fe3O4含量对单室无膜空气阴极微生物燃料电池(MFC)产电性能的影响,并通过塔菲尔曲线和阳极充电-放电测试研究了不同Fe3O4含量的阳极的电化学行为。结果表明,阳极Fe3O4质量分数由0%增加至2.5%、5.0%时,MFCs的最大输出功率和净电容电荷由AcM阳极的664 mW/m2和293.9 C分别上升至AcFeM1、AcFeM2电极的731 mW/m2和300.4 C、809 mW/m2和388.5 C,当Fe3O4含量继续增加至7.5%时,MFCs的产电效率和净电容电荷均减小,Fe3O4质量分数在5.0%时,MFCs性能最佳;电化学测试进一步说明Fe3O4质量分数在5.0%时,MFCs阳极的动力学活性最好。     

β-PbO2/TiO2纳米管电极的制备及其电催化降解苯酚

采用阳极氧化法和脉冲电沉积制备出β-PbO2改性TiO2纳米管(β-PbO2/TiO2-NTs)电极,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等技术手段对制备的β-PbO2/TiO2-NTs电极的表面形貌和结构进行了表征。结果表明,该方法成功地将β-PbO2纳米颗粒分散在TiO2纳米管中,通过电催化降解苯酚评价了β-PbO2/TiO2-NTs电极的电催化活性,实验结果表明,在TiO2-NTs中电沉积β-PbO2提高了电极的电催化活性,对苯酚的降解达到83%。     

CeO2掺杂RuO2/γ-Al2O3催化剂结构与湿式氧化降解苯酚的活性研究

采用浸渍法制备了RuO2/γ-Al2O3和RuO2-CeO2/γ-Al2O3催化剂,利用XRD,XPS和ESR分析了催化剂的结构,并研究了湿式氧化降解苯酚的活性.结果表明,两种催化剂表面RuO2均有良好的分散性,并且催化剂表面存在氧空位和化学吸附氧,CeO2的掺杂使催化剂表面氧空位和化学吸附氧数量增加.两种催化剂对湿式氧化降解苯酚具有良好的催化活性,当苯酚质量浓度为4200mg/L,在150℃和3MPa下,RuO2/γ-Al2O3催化剂湿式氧化降解苯酚反应150min后,苯酚全部被去除,RuO2-CeO2/γ-Al2O3催化剂反应60min后,苯酚的去除率为96%.     

钛铁矿制备二氧化钛-四氧化三铁复合材料及其光催化应用

TiO_2因具有多种优异的特性被广泛应用在半导体光催化领域,但是纳米结构的TiO_2颗粒细微,在进行光催化反应之后,难以回收再利用。本文以廉价钛铁矿为原料制备光催化剂TiO_2,同时利用副产物铁合成Fe_3O_4,并采用简单温和的浸渍法制备Fe_3O_4/TiO_2磁性复合材料。通过XRD、FT-IR、SEM、EDS等手段对材料形态结构进行表征分析,并以光降解有机污染物若丹明B为探针反应,考察其光催化性能。结果表明,质量比为1∶10的Fe_3O_4/TiO_2复合材料结构稳定、分散均匀,具有最优的光催化活性(波长356nm下反应3h,若丹明B降解率达到64.0%),并表现出良好的重复性。同时,动力学结果显示降解符合一级反应动力学。     

Surface Modification of a Magnetic SiO2 Support and Immobilization of a Nano-TiO2 Photocatalyst on It

This study presented an effective method to modify the surface chemical reactivity of a SiO₂/Fe₃O₄ support. The unmodified SiO₂/Fe₃O₄ support was prepared by the hydrolysis and condensation of tetraethoxysilane on the surface of hydrophilic Fe₃O₄ nanoparticles. These were then modified by a heat treatment in an ethanol/water solution under reflux. The resulting samples were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray diffraction, and transmission/scanning electron microscopy. The immobilization of a TiO₂ nanocatalyst on both unmodified and modified supports was performed to investigate the effects of the modification of the magnetic silica support on the loading of a TiO₂ nanocatalyst and the photocatalytic activity. The loading of TiO₂ and the photocatalytic activity were both improved.     

可循环磁性Pt/Fe_3O_4-MCNT催化剂上的肉桂醛选择性加氢反应

采用多步法依次将制备的Fe3O4纳米颗粒和Pt纳米颗粒负载到多壁碳纳米管(MCNT)上得到Pt/Fe3O4-MCNT磁性催化剂,以X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、超导量子干涉磁强计(SQUID)和热重-差热分析(TG-DTA)对Pt/Fe3O4-MCNT磁性催化剂的结构和磁性质进行了表征。研究发现预制备的Fe3O4纳米颗粒与Pt纳米颗粒均匀地分散于MCNT上,新制备以及多次使用后的Pt/Fe3O4-MCNT室温下都具有良好的超顺磁性。研究了Pt/Fe3O4-MCNT磁性催化剂上的肉桂醛选择性加氢反应,结果显示催化剂具有良好的C=O加氢活性,肉桂醛转化率在50%左右时,肉桂醇选择性可达96%以上。尺寸均一的Pt粒子均匀的分散在催化剂上可能是催化剂具有良好的C=O加氢选择性的重要原因。在外加磁场作用下催化剂可以高效地从液相反应体系中分离,经多次循环使用后仍具有良好的催化性能。     

磁性纳米Pd/Fe3O4催化剂的制备及其在Heck反应中的应用

通过使用聚乙烯吡咯烷酮作为稳定剂,合成了磁性Pd/Fe₃O₄纳米颗粒催化剂。对该催化剂进行粉末X射线衍射、透射电子显微镜、感应耦合等离子体和磁性表征。将Pd/Fe₃O₄催化剂用于Heck反应,检测其催化性能。测试结果表明Pd纳米颗粒负载在Fe₃O₄纳米颗粒上,而且催化剂的尺寸<20 nm,并在Heck反应中表现了极好的催化性能。此外,催化剂可以通过磁场回收利用, 且催化活性没有显著的降低。     

超声法制备Au/Fe_3O_4及其催化还原4-硝基苯酚性能

通过简易的超声法以及原位还原法成功制备出了负载型可再生Au/Fe_3O_4催化剂。利用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)作为有机桥键,将Au固定在Fe_3O_4的表面,得到单分散磁性Au/Fe_3O_4。Au0在氨基的作用下不会团聚,因此具有较高的催化活性及稳定性。XRD、HRTEM、EDS和XPS等测试结果表明Au/Fe_3O_4已被成功制备。将其用于催化还原4-硝基苯酚得到4-氨基苯酚,表现出较高的催化活性,速率常数可达0.225 6 min~(-1)。重复性实验表明该催化剂具有良好的稳定性,反应9个循环之后,催化还原反应的转化率仍可达到94%。     

TiO2-Al2O3载体的制备方法对其负载的磷化镍催化剂加氢脱氮反应性能的影响

采用共沉淀法和原位溶胶-凝胶法制备了TiO₂-Al₂O₃复合载体,其负载的磷化镍催化剂采用等体积浸渍法和H₂原位还原法制备. 通过N₂吸附（BET）、X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、程序升温还原（TPR）,X射线光电子能谱（XPS）和等离子体发射光谱（ICP-AES）表征技术对催化剂进行了表征,并通过喹啉的加氢脱氮反应评价了催化剂的加氢脱氮性能. 结果表明,原位溶胶-凝胶法制成的复合载体基本保留了原有的γ-Al₂O₃的孔特征,具有较大的比表面积和较宽的孔分布,TiO₂主要以表面富集的形式分散在管状的γ-Al₂O₃表面,其负载的磷化镍催化剂还原后所形成的活性相为Ni₂P和Ni₁₂P₅;而共沉淀法制成的复合载体比表面积较小,孔径分布更加集中,TiO₂趋于在块状的Al₂O₃表面均匀分散,其负载的磷化镍催化剂具有更好的可还原性,还原后所形成的活性相为Ni₂P. 不同的载体制备方法和不同的钛铝比对催化剂加氢脱氮性能影响较大,当n（Ti）/n（Al）=1/8时,共沉淀法载体负载的催化剂表现出最佳的加氢脱氮性能,在340 ℃,3 MPa,氢油体积比500,液时空速3 h^-1的反应条件下,喹啉的脱氮率可以达到91.3%.     

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%.     

Phase composition and magnetic properties of niobium-iron codoped TiO2 nanoparticles synthesized in Ar/O2 radio-frequency thermal plasma

Nanoparticles of Nb⁵⁺-Fe³⁺ codoped TiO₂ with various Nb⁵⁺ concentrations (Nb/(Ti+Fe+Nb)=0-10.0 at%) and Fe³⁺ (Fe/(Ti+Fe+Nb)=0-2.0 at%) were synthesized using Ar/O₂ thermal plasma. Dopant content, chemical valence, phase identification, morphology and magnetic properties were determined using several characterization techniques, including inductively coupled plasma-optical emission spectrometer, X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray diffraction, UV-vis diffuse reflectance spectrometer, field-emission scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and SQUID commercial instrument. The XRD revealed that all the plasma-synthesized powders were exclusively composed of anatase as major phase and rutile. The rutile weight fraction was increased by the substitution of Fe³⁺ for Ti⁴⁺ whereas it was reduced by the Nb⁵⁺ doping. The plasma-synthesized Nb⁵⁺-Fe³⁺ codoped TiO₂ powders had intrinsic magnetic properties of strongly paramagnetic and feebly ferromagnetic at room temperature. The ferromagnetic properties gradually deteriorated as the Fe³⁺ concentration was decreased, suggesting that the ferromagnetism was predominated by the phase composition as a carrier-mediated exchange.     

TiO2晶相对MnOx/TiO2催化剂催化NO氧化性能的影响

以浸渍在不同晶相TiO₂ （金红石型（R）、锐钛矿型（A）和P25型（P））上的锰基催化剂为对象,研究了TiO₂晶相对MnO_x/TiO₂催化剂催化NO氧化活性的影响。 结果表明,MnO_x/TiO₂（P）催化剂活性最高,NO转化率在300℃及GHSV = 20000 h^-1条件下可达83%。 各催化剂活性顺序为MnO_x/TiO₂（P）>MnO_x/TiO₂（A）>MnO_x/TiO₂（R）。采用X射线粉末衍射、场发射扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、H₂程序升温还原和O₂程序升温脱附等手段研究了TiO₂晶相影响MnO_x/TiO₂催化剂催化活性的作用机理。结果表明,相比于A和R型TiO₂,P型TiO₂能够增加MnO_x在其表面的分散度并抑制催化剂颗粒的团聚和粘连,且更有利于Mn₂O₃的生成,而后者催化NO氧化活性比其它MnO_x更高;此外,P型TiO₂可以增加MnO_x尤其是Mn₂O₃的还原性,并可促进O₂^-从M³⁺-O键的脱附。