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.     

板式纳米碳纤维负载二氧化钛光催化复合材料的制备及降解甲基橙的研究

以板式纳米碳纤维为载体,采用酸性氧化法对载体进行预处理之后,使用钛酸异丙酯为钛源,高温水热法制备了二氧化钛/纳米碳纤维复合光催化剂,并考察了其对甲基橙的光催化去除能力及循环反应性能.复合材料中二氧化钛含量通过改变前驱体组成进行调节.材料的结构性能通过氮气吸附、X射线衍射(XRD)、能谱分析仪(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析仪(TG-DSC)等测试技术进行了表征.结果表明,锐钛矿型的二氧化钛以纳米颗粒形式均匀分散在纳米碳纤维表面,从而形成了高度分散的二氧化钛/碳纤维纳米复合材料.另外,复合系统中中孔吸附作用的存在,与纳米二氧化钛的光催化产生协同作用,增强了复合材料在紫外光照射下对于水溶液中甲基橙的去除能力.在光照射下反应120 min时,不同担载量样品对甲基橙的去除率最高可达80.1%,不同煅烧温度样品最高可达79.2%.此外,光催化剂有着良好重复利用性能,3次循环反应后对甲基橙去除率仍可保持80.0%.     

反应型离子液体辅助合成钒酸铁介孔纳米棒及其增强可见光光催化活性

近年来,环境污染与能源短缺已经成为人类需解决的问题,因此新型绿色能源的开发显得尤为重要.在众多新型能源当中,太阳能由于其安全无害、无二次污染、应用前景广泛等优点而备受关注.半导体光催化技术作为一项可以直接将太阳能转化为化学能的新兴技术,可以有效地利用太阳光实现环境治理和能源转化的目的,已被应用于光催化分解水、光催化合成氨、光催化二氧化碳还原以及光催化降解有机污染物等不同研究领域.然而传统的光催化剂材料TiO_2对太阳光的利用效率较低,大大限制了光催化技术的广泛应用.因此,研发新型高效光催化半导体材料成为人们的研究热点.相比于普通的体材料,低维和小尺寸纳米材料往往具备更为优良的物化特性.一维尺寸的三元钒酸盐材料作为一类极具前景的多功能纳米材料,在光学设备、光催化降解、电极材料以及电化学传感器等诸多领域都具有广泛应用.其中,钒酸铁材料作为钒酸盐系列中的一员,其有着合适的带隙且能响应可见光,是一种具有研究前景的光催化材料.三斜相的钒酸铁具有层状结构,这有利于光生载流子在层间进行有效的分离和迁移,从而提高光催化降解性能.同时,离子液体作为一种结构高度可调的绿色有机盐,在微纳米材料的可控制备方面起着关键作用.本文选取1-辛基-3-甲基咪唑氯盐作为反应铁源,利用离子液体辅助溶剂热法合成了钒酸铁前驱体材料FeVO_4·1.1H_2O.通过调控煅烧温度,可控制备了尺寸均一的介孔钒酸铁纳米棒材料.同时,选取无机盐氯化铁作反应铁源制备了钒酸铁纳米棒作为对比.根据X射线粉末衍射图谱可知,当煅烧温度升到400°C时,前驱体材料的晶相转变为过渡相;当煅烧温度升到500°C时,出现了清晰的归属于钒酸铁的特征衍射峰,表明钒酸铁结构形成.从扫描电镜图可以清楚地观察到所制备的前驱体材料为结构均一且表面光滑的纳米棒结构,其长度为2–3μm.经过煅烧处理后,在钒酸铁纳米棒表面形成孔径为5–20 nm的介孔结构,这可能是由于煅烧过程中前驱体材料发生脱水重结晶.结合X射线衍射图谱,确定了介孔钒酸铁纳米棒的形成过程.此外,通过氮气吸附-脱附等温线得到了介孔钒酸铁材料的比表面积.在光催化降解过程中,大的催化剂比表面积可以为反应基质提供充分的吸附位点和反应活性位点,从而有利于提高光催化反应活性.选取抗生素四环素作为目标污染物分别考察了在无机盐(FeVO_4-FC)和离子液体(FeVO_4-IL)条件下制备的钒酸铁材料的催化性能.其中,四环素的自降解作用可以忽略.在加入H_2O_2光照120 min后,FeVO_4-IL表现出比Fe VO_4-FC更高的光催化性能.此外,采用染料罗丹明B进一步确定所制备材料的光催化性能.结果表明,在相同的光照时间后,FeVO_4-IL有着更高的催化降解活性.对介孔纳米棒进行了稳定性测试,在四次循环后,未发现其光催化活性有明显降低,其结构也保持不变.电化学阻抗测试结果显示,相比于FeVO_4-FC材料,FeVO_4-IL有着更小的阻值,表明离子液体可控合成的介孔纳米棒材料更有利于光生电荷的传输,从而增强了光催化降解活性.基于一系列表征结果,我们提出了多孔钒酸铁纳米棒可能的光催化降解机制.     

不同形态二氧化钛-石墨烯复合材料的表征及光催化性能研究

研究了二氧化钛的形态对二氧化钛-石墨烯(GN)复合材料光催化性能的影响。采用水热法制备了3种不用形态的二氧化钛,即钛纳米管(TNT)、钛纳米片(TNS)与二氧化钛纳米粒子(TNP)。采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外-可见分光光度法等对所得的复合材料进行表征。通过在紫外灯照射下降解活性黑染料与诺氟沙星药物的混合废水测试了复合材料的光催化性能。结果表明:不同形态二氧化钛-石墨烯复合材料的光催化性能均优于纯商业用二氧化钛,所制备材料在形态上的差异对复合材料催化性能也有较大的影响。     

ZnTiO3-TiO2纳米复合材料的光催化性能

通过溶胶 凝胶（Sol-Gel）法制备了ZnTiO3-TiO2纳米复合光催化剂,利用透射电子显微镜、X射线衍射、紫外-可见吸收光谱和ζ电位等测试技术对其形貌、晶体结构及其光谱响应特性进行了表征。 以亚甲基蓝（MB）溶液的脱色降解为模型反应,考察了光源和焙烧温度对该纳米复合材料光催化性能的影响。 结果表明,所得纳米复合材料的催化性能与材料的尺寸、在介质中的分散性能、表面荷电性质等有关。 600 ℃下焙烧3 h所得的ZnTiO3-TiO2纳米复合材料尺寸小（约60 nm）、分散性能好、表面荷负电荷量最高、催化性能最好,且在太阳光下的活性高于紫外光下的。 如太阳光下7 h可使亚甲基蓝（MB）溶液的脱色降解率达到93%,而在紫外光下只有82%;并且其催化活性高于纯TiO2和ZnO的。 该纳米复合催化剂重复使用4次仍能使亚甲基蓝（MB）溶液的脱色降解率在80%以上。 因此,具有较好的光催化稳定性能。     

非金属改性可见光诱导的TiO2光催化

为拓展二氧化钛的光响应波长范围并提高其光催化活性,通常采用掺杂金属、金属氧化物或金属离子的方法.大量研究表明,掺杂金属、金属氧化物或金属离子往往以损失TiO2光催化剂在紫外光区的光催化活性为代价,而掺杂非金属离子不但能将TiO2的光响应波长拓展至可见光区域外,还能保持在紫外光区的光催化活性,在利用太阳光光催化方面展现出崭新的应用前景.本文综述了非金属氮、碳、硫、氟等掺杂改性二氧化钛光催化的最新进展.     

光稳定二氧化钛纳米管负载钯催化剂光降解甲基橙过程中的活性物种(英文)

采用光沉积法制备了光稳定二氧化钛纳米管负载钯催化剂.通过X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、透射电子显微镜(TEM)、氮气吸附-脱附、X射线光电子能谱(XPS)、光致发光光谱和光电流等表征手段研究了催化剂的结构和性质.TEM表明二氧化钛纳米管经光照后仍然保持良好的管状结构;XPS结果表明大部分Pd以零价形式存在.以甲基橙溶液作为模拟废液研究了催化剂在紫外光及模拟日光条件下的光催化活性.当Pd的负载量为0.3 wt%时,催化剂的光催化活性最高并且优于P25的光催化活性.另外,通过在光降解过程中加入不同的捕获剂研究了不同氧化活性组分的作用.结果表明,光生空穴(hrb+)在光催化降解过程中起主要作用.     

PANI/AMTES-TiO2纳米复合材料的制备及其光催化性能

首先用偶联剂苯胺基甲基三乙氧基硅烷(AMTES)对纳米TiO2进行表面修饰(AMTES-TiO2), 然后通过苯胺单体在AMTES-TiO2表面的原位化学氧化接枝聚合, 制备了基于共价键结合的聚苯胺(PANI)/AMTES-TiO2纳米复合光催化材料. 用红外光谱(FTIR), X射线衍射(XRD), 热重分析(TGA), 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)和荧光发射光谱(PL)等技术对复合材料进行了表征. 以亚甲基蓝(MB)为目标降解物, 研究了PANI/AMTES-TiO2复合材料在太阳光和紫外光下的光催化性能. 结果表明:聚苯胺敏化拓宽了TiO2的光谱响应范围, 复合材料在紫外和可见光区都有较强的吸收, 提高了光能的利用率和光生载流子的分离效率, 使复合材料表现出较高的光催化活性; 苯胺与AMTES-TiO2的质量比(w)对复合材料的光催化活性有较大影响, 当w为0.025时, 复合材料在两种光源下的催化性能均优于TiO2和AMTES-TiO2.     

PANI/AMTES-TiO2纳米复合材料的制备及其光催化性能

首先用偶联剂苯胺基甲基三乙氧幕硅烷(AMTES)对纳米TiO2进行表而修饰(AMTES-TiO2),然后通过苯胺单体在AMTES-TiO2表面的原位化学氧化接枝聚合,制备了基于共价键结合的聚苯胺(PANI)/AMTES-TiO2纳米复合光催化材料.用红外光谱(FTIR),X射线衍射(XRD),热重分析(TGA),紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)和荧光发射光谱(PL)等技术对复合材料进行了表征.以亚甲基蓝(MB)为目标降解物,研究了 PANI/AMTES-TiO2复合材料在太阳光和紫外光下的光催化性能.结果表明:聚苯胺敏化拓宽了TiO2的光谱响应范围,复合材料在紫外和可见光区都有较强的吸收,提高了光能的利用率和光生载流子的分离效率,使复合材料表现出较高的光催化活性;苯胺与AMTES-TiO2的质量比(w)对复合材料的光催化活性有较大影响,当w为0.025时,复合材料在两种光源下的催化性能均优于TiO2和AMTES-TiO2.     

溶剂热法制备Ag/TiO_2纳米材料及其光催化性能

以乙醇为溶剂,钛酸四丁酯为前驱体,用溶剂热法制备了Ag表面修饰的负载型纳米二氧化钛光催化剂.利用X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附(BET)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见(UV-Vis)光谱等技术对其进行了系统的表征,以亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解为模型反应,考察了不同Ag含量样品的光催化性能.结果表明:用溶剂热法制备的样品中TiO2皆为锐钛矿相,金属Ag颗粒沉积在TiO2表面,粒径为2nm左右,比表面积较溶胶凝胶法制备的样品大大增加,最高可达151.44m2·g-1;UV-Vis光谱和光催化实验表明:Ag修饰使TiO2对光的吸收能力大大增强,吸收带边红移至可见光区,亚甲基蓝在该复合材料上的光催化降解反应遵循一级反应动力学模型;溶剂热法制备样品的光催化性能明显好于溶胶凝胶法制备的样品,在紫外光和可见光下,Ag摩尔分数为5%的样品表现出最佳的光催化活性.     

Bi_2WO_6/TiO_2纳米复合材料对乙烯的光催化降解

采用乙二醇溶剂热法制备了Bi_2WO_6/Ti O_2纳米复合材料,并利用X射线衍射仪(XRD),透射电子显微镜(TEM),扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对其进行了表征.结果表明,纳米Ti O_2附着在Bi_2WO_6表面,通过两者表面基团的相互作用形成了异质结构;与单一Bi_2WO_6相比,Bi_2WO_6/Ti O_2的晶粒尺寸更小,比表面积更大,具有更高的光催化活性.对乙烯的光催化降解结果表明,Bi_2WO_6/Ti O_2在可见光和模拟太阳光下均表现出较强的光催化降解乙烯活性,在可见光下催化降解乙烯的速率常数(K'值)可达9.312×10~(-4)min~(-1),相比Bi_2WO_6和Ti O_2分别提高了89.34%和884.25%.     

太阳光下聚吡咯敏化TiO_2复合微粒的光催化性能

采用原位化学氧化聚合方法制备了聚吡咯敏化TiO2复合材料.通过FTIR、漫反射和荧光发射光谱等技术对复合材料进行了表征.在太阳光下,用苯酚水溶液光催化降解研究了复合材料的光催化性能,考察了吡咯与TiO2摩尔比对复合材料光催化性能的影响.结果表明,复合材料中聚吡咯和TiO2之间存在较强的相互作用力,聚吡咯的敏化拓宽了TiO2的光响应范围,促进了光生载流子的分离,从而使复合材料具有较高的催化活性.在太阳光下复合材料的光催化活性优于TiO2,当吡咯与TiO2的摩尔比为0.02时,复合材料的催化活性达到最佳,并可重复使用多次.     

非金属改性可见光诱导的TiO_2光催化

为拓展二氧化钛的光响应波长范围并提高其光催化活性,通常采用掺杂金属、金属氧化物或金属离子的方法。大量研究表明,掺杂金属、金属氧化物或金属离子往往以损失TiO2光催化剂在紫外光区的光催化活性为代价,而掺杂非金属离子不但能将TiO2的光响应波长拓展至可见光区域外,还能保持在紫外光区的光催化活性,在利用太阳光光催化方面展现出崭新的应用前景。本文综述了非金属氮、碳、硫、氟等掺杂改性二氧化钛光催化的最新进展。     

非金属改性可见光诱导的TiO2光催化

为拓展二氧化钛的光响应波长范围并提高其光催化活性，通常采用掺杂金属、金属氧化物或金属离子的方法。大量研究表明，掺杂金属、金属氧化物或金属离子往往以损失TiO2光催化剂在紫外光区的光催化活性为代价，而掺杂非金属离子不但能将TiO2的光响应波长拓展至可见光区域外，还能保持在紫外光区的光催化活性，在利用太阳光光催化方面展现出崭新的应用前景。本文综述了非金属氮、碳、硫、氟等掺杂改性二氧化钛光催化的最新进展。     

金负载氧化石墨烯/PDPB复合材料用于同步去除六价铬离子和苯酚

近年来,电镀和染料行业工业废水中排放的有机污染物和重金属离子严重危害着环境.构建无机-有机新型纳米材料用于光催化去除重金属离子和有机污染物受到了广泛的关注.共轭聚合物因其低廉的制造成本,快速的电子传送能力,优秀的电化学性能和高的机械性能,它们作为一类新能源材料已经快速发展起来.Remita等使用软模板方法制备的一种共轭聚合物聚1,4-二苯基丁二炔(PDPB)在可见光下对苯酚表现出较好的去除率.然而,聚合物PDPB的一些缺陷限制了其应用,比如高的疏水特性和快速的光生电子-空穴复合.因此,我们引入氧化石墨烯(GO)和金纳米粒子来提高PDPB的光催化活性.通过简单的机械搅拌和光还原方法制备了Au-GO/PDPB复合材料.通过TEM,XRD,XPS,固体紫外和光电流测试等技术对催化剂进行了一系列表征,结果发现氧化石墨烯作为优秀的电子传送基地,金纳米粒子作为电子捕获剂,在空间上实现了电子空穴的空间隔离,从而大大提高了Au-GO/PDPB复合材料对于六价铬离子和苯酚的同步光去除的光催化活性.XPS表征和TEM图像表明了GO和Au纳米粒子的存在.其PDPB有着纳米纤维的结构,宽度在20 nm左右,长度在几个微米.当复合了氧化石墨烯后,可以明显看出氧化石墨烯的形态,进一步光还原负载金纳米粒子,同样可以在TEM图中观察到金纳米粒子的存在,其直径在10 nm左右.之后通过光催化同步去除六价铬离子和苯酚来探究Au-GO/PDPB复合材料的活性,结果表明所制备的Au-GO/PDPB比纯的PDPB有着增强的光催化活性在同步光去除六价铬离子(Cr(VI))和苯酚中.更进一步地是,我们同样确定了GO和Au纳米离子的最佳负载量,结果发现,Au1-GO2/PDPB复合材料(金的负载量为1 wt%,氧化石墨烯的负载量为2 wt%)在所有催化剂中有着最好的光催化活性,其在4 h内对苯酚的去除率达到49.4%,相应的对于六价铬离子的还原率达到了77.4%.我们的研究提供了一种构建有机-无机杂化复合材料的方法,其在太阳光下对于有机污染物和重金属离子的同步去除有着高的光催化活性.     

金负载氧化石墨烯/PDPB复合材料用于同步去除六价铬离子和苯酚（英文）

近年来,电镀和染料行业工业废水中排放的有机污染物和重金属离子严重危害着环境.构建无机-有机新型纳米材料用于光催化去除重金属离子和有机污染物受到了广泛的关注.共轭聚合物因其低廉的制造成本,快速的电子传送能力,优秀的电化学性能和高的机械性能,它们作为一类新能源材料已经快速发展起来.Remita等使用软模板方法制备的一种共轭聚合物聚1,4-二苯基丁二炔(PDPB)在可见光下对苯酚表现出较好的去除率.然而,聚合物PDPB的一些缺陷限制了其应用,比如高的疏水特性和快速的光生电子-空穴复合.因此,我们引入氧化石墨烯(GO)和金纳米粒子来提高PDPB的光催化活性.通过简单的机械搅拌和光还原方法制备了Au-GO/PDPB复合材料.通过TEM,XRD,XPS,固体紫外和光电流测试等技术对催化剂进行了一系列表征,结果发现氧化石墨烯作为优秀的电子传送基地,金纳米粒子作为电子捕获剂,在空间上实现了电子空穴的空间隔离,从而大大提高了Au-GO/PDPB复合材料对于六价铬离子和苯酚的同步光去除的光催化活性.XPS表征和TEM图像表明了GO和Au纳米粒子的存在.其PDPB有着纳米纤维的结构,宽度在20 nm左右,长度在几个微米.当复合了氧化石墨烯后,可以明显看出氧化石墨烯的形态,进一步光还原负载金纳米粒子,同样可以在TEM图中观察到金纳米粒子的存在,其直径在10 nm左右.之后通过光催化同步去除六价铬离子和苯酚来探究Au-GO/PDPB复合材料的活性,结果表明所制备的Au-GO/PDPB比纯的PDPB有着增强的光催化活性在同步光去除六价铬离子(Cr(VI))和苯酚中.更进一步地是,我们同样确定了GO和Au纳米离子的最佳负载量,结果发现,Au1-GO2/PDPB复合材料(金的负载量为1 wt%,氧化石墨烯的负载量为2 wt%)在所有催化剂中有着最好的光催化活性,其在4 h内对苯酚的去除率达到49.4%,相应的对于六价铬离子的还原率达到了77.4%.我们的研究提供了一种构建有机-无机杂化复合材料的方法,其在太阳光下对于有机污染物和重金属离子的同步去除有着高的光催化活性.     

铁掺杂纳米TiO_2可见光气相降解三氯乙烯的研究

采用溶-胶凝胶及水热法制备了铁掺杂的纳米TiO_2光催化材料.采用X射线衍射、X光电子能谱和紫外-可见漫反射等方法对铁掺杂的纳米TiO_2光催化材料进行了表征.以三氯乙烯作为目标污染物,研究了铁掺杂的二氧化钛的光催化性能.结果表明,Fe-TiO_2对光的吸收拓展到可见光范围内,铁掺杂后TiO_2催化剂有更多的表面羟基,这些表面羟基的存在有利于有机物在催化剂表面的吸附,同时还能捕获光生空穴形成·OH氧化有机污染物.适量Fe掺杂有利于提高TiO_2光催化性能.     

高光催化活性和易分离回收的硫掺杂TiO2纳米管

采用两步水热法制备了硫掺杂的单一锐钛矿型Ti02纳米管(STNTs)催化剂.结果表明,STNTs的外径为10-20 nm,长200 nm左右:掺杂的硫以SO42-形态键合在TiO2的表面.STNTs具有较高的光催化活性,在紫外光和太阳光照射下催化降解甲基橙溶液的一级反应速率常数k分别为0.7992和0.5208 h-1,比未掺杂的TiO2纳米管的k值分别提高了约5倍和10倍.另外,STNTs可以通过简单的重力沉降从反应体系中分离回收.     

高效二氧化钛/膨润土复合材料的制备及光催化性能研究

提出制备高效二氧化钛/膨润复合光催化的新方法——焦硫酸钾熔融/浸渍法， 并通过改变二氧化钛/膨润土的配比、反应时间、熔融灼烧温度等得到最佳制备条 件，采用XRD和TEM对该材料进行了表征，证实TiO_2呈高度分散状态，并已渗入膨 润土层间结构，使层间距扩大，形成互不干扰的活性反应中心，在模拟染料废水中 ，对复合材料的光催化降解性能进行了研究，结果发现，采用焦硫酸钾熔融/浸渍 法制备复合材料具有很高的光催化效率，对活性艳红染料的降解性能进行了研究， 结果发现，采用焦硫酸钾熔融/浸渍法制备的复合材料具有很高的光催化效率，对 活性艳红染料的降解率达93.6%，明显优于纯氧化钛和其他类似材料。     

Fe~(3+)/TiO_2多孔纳米薄膜的制备与光催化活性的研究

本研究采用溶胶 凝胶法制备含铁离子的二氧化钛多孔纳米薄膜,并将其作为光催化剂,光降解反应结果表明,含铁二氧化钛复合纳米薄膜的光催化活性明显提高.光电化学研究表明,铁离子可以形成电荷陷阱,促进空穴的界面传递反应,从而提高了光催化活性.