空气电极改性TiO2光催化剂的研究

将TiO2/C光催化剂负载在具有合成H2O2性能的空气电极上形成双功能新型复合电极.TiO2/C光催化层的微多孔特性使新型载体保持了高效合成H2O2的优势,J=15mA/cm2时,电流效率达到82%.新型载体又为TiO2/C光催化剂获得了阳极偏压,有利于将光生电子迅速导入载体,减少了光生载流子的复合.在新型光催化体系中,光化学氧化作用与光催化氧化作用有机地统一在同一电极/溶液界面附近,造成了该界面的强氧化环境,从而使有机分子的氧化降解速度得到显著提高.     

新型复合电极与偶氮染料分子的氧化降解反应的研究

介绍了具有合成H_2O_2和光催化性能的双功能型复合电极、双功能复合电极是 将TiO_2/C光催化剂负载在具有合成H_2O_2性能的新型载体上形成的。在光反应器 中,复合电极作阴极,钌-钛不溶性电极作阳极,低压汞灯作光源,实现了光化学 氧化与光催化氧化在同一电极/溶液界面上的联合作用。当反应器工作时,复合电 极中的TiO_2/C光催化层表面进行着光催化反应,在载体的三相界面上进行着O_2的 2电子H_2O_2的电化学反应,电流效率达82%（J = 15 mA/cm~2）,为·OH自由基的 生成提供了物质源,而且氧的2电子还原反应电位使其表面的TiO_2获得相对于平带 电位约+0.5 V的阳极偏压,改善了TiO_2的光催化活性。实验结果表明,复合电极 对提高偶氮染料分子活性艳红（K-2BP）的氧化降解速度起了重要作用。实验发现 偶氮染料分子在复合电极表面的吸附量与反应速度密切相关。文中讨论了复合电极 的作用原理及偶氮染料分子的氧化降解过程。     

新型双功能复合忆极的制备及其加速水中有机污染物降解作用的研究

介绍了新型复合电极的制备方法、其双功能特性以及在提高水中有机污染物（如苯胺）降解速度所起的作用，并对其作用机制进行了讨论。实验结果表明，由空气电极和TiO2光催化剂组成的复合电极，当其工作电位控制在0.05V(vs.SCE)左右时，既具有良好的光电效应，又 具有以较高效率合成H2O2的特性，使溶液中的有机分子获得来自光催化氧化与光化学氧化两方面的联合降解作用，从而显著地提高了有机分子的氧化降解速度。     

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.     

新型双功能复合电极的制备及其加速水中有机污染物降解作用的研究

介绍了新型复合电极的制备方法、其双功能特性以及在提高水中有机污染物(如苯胺)降解速度所起的作用,并对其作用机制进行了讨论.实验结果表明,由空气电极和TiO₂光催化剂组成的复合电极,当其工作电位控制在0.05V(vs.SCE)左右时,既具有良好的光电效应,又具有以较高效率合成H₂O₂的特性,使溶液中的有机分子获得来自光催化氧化与光化学氧化两方面的联合降解作用,从而显著地提高了有机分子的氧化降解速度.     

以工业粉煤灰为原料制备 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂及其催化性能

2-仲丁基-4,6-二硝基苯酚(DNBP)作为杀虫剂、除草剂和烯烃基芳香族化合物阻聚剂而被广泛地应用于工农业生产中.在 DNBP生产和使用过程中,会产生大量难以降解的有机废水,从而对人类和生态环境造成极大危害.因此,开展含 DNBP废水的处理技术和方法研究具有重要的现实意义. TiO2半导体材料由于具有良好的光化学特性和电化学行为,近几十年来一直是光催化领域的研究热点.在能量等于或大于 TiO2的带隙能级的辐照光照射下, TiO2可以产生光生电子/空穴对(e-/h+).光生电子和空穴分别与 TiO2表面被吸附的 H2O和 O2分子反应,生成具有强氧化性的活性羟基自由基(?OH),对硝基酚类有机污染物具有较强的降解能力. TiO2光催化反应属于非均相反应,反应在催化剂的表面进行,催化剂对污染物的吸附是影响其催化降解性能的重要因素.但是,传统 TiO2光催化剂存在比表面积小,对有机污染物吸附能力差,光生电子与空穴易于复合等缺陷,限制了 TiO2光催化技术的进一步发展和在水处理领域中的大规模应用.我们基于气凝胶具有多孔性、大比表面积和高孔隙率的特点,以富含硅、铝的工业废弃物粉煤灰为反应原料,首先利用碱熔法和常压干燥技术制备出 SiO2-Al2O3气凝胶.在此基础上,以钛酸四丁酯(TBOT)为反应前体, SiO2-Al2O3气凝胶为载体,利用酸催化溶胶-凝胶法(sol-gel)制备出 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂.利用 X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)、N2吸附-脱附(BET)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)等分析测试技术对所制备的 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂结构进行了表征.结果显示,在 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂中,粒径尺寸为10~30 nm的锐钛矿型 TiO2纳米颗粒均匀分散在 SiO2-Al2O3气凝胶载体上. TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂呈现典型介孔材料的 IV型等温线. SiO2-Al2O3气凝胶的加入极大提高了 TiO2光催化剂的比表面积和对有机污染物的吸附性能,但是对 TiO2光波吸收范围影响不大.在制备出 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂基础上,进一步对其在可见光条件下的光催化性能进行了研究.以500 W的 Xe灯光源模拟自然太阳光, DNBP为探针污染物分子,系统考察了可见光照射条件下溶液 pH值、光催化剂用量、光反应时间、DNBP溶液初始浓度不同因素对 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂催化活性的影响.结果表明, TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂对 DNBP有机污染物的吸附率和光降解率明显高于纯 TiO2样品.在 DNBP溶液初始浓度为0.167 mmol/L, pH =4.86,催化剂用量6 g/L,光照时间5 h的条件下, TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂对 DNBP的降解率几乎高达100%.根据 Langmuir-Hinshelwood方程,在低浓度下光催化降解反应符合一级反应动力学.所制备的 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂具有良好的稳定性和重复利用性能.重复利用5次后, TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂对 DNBP的降解率仍高达90%以上.利用紫外-可见分光光度计、气相-质谱联用仪对 DNBP降解中间产物进行了分析,探讨了 DNBP的光催化降解机理.     

TiO2担载在新型载体上的光催化电极

介绍了一种将TiO₂光催化剂担载在新型载体上的光催化电极.新型载体是用炭质材料和聚四氟乙烯制备的,它具有电合成H₂O₂的功能.在电流密度为15mA/cm²时,光催化电极不仅具有高达80%的电合成H₂O₂的电流效率,而且该电极的电位处在0.02V(SCE)左右,使载体表面的TiO₂光催化剂获得了约+0.47V的阳极偏压(相对平带电势),对增加TiO₂光催化反应效率十分有益.在具有新型光催化电极的光反应体系中,水中的有机分子受到来自溶液中大量·OH自由基(H₂O₂被紫外光分解的中间产物)的均相氧化(即光化学氧化),以及来自TiO₂表面光生空穴的复相氧化(即光催化氧化).在光化学氧化和光催化氧化的联合作用下,有机分子的矿物化反应速度显著提高.     

可控合成具有氧化还原分区的Au-TiO2纳米哑铃光催化剂（英文）

太阳能因其环保清洁和来源丰富的特性被认为是最理想的资源之一.而光催化水分解是将太阳能转化为化学能的众多转换技术中,使用最广泛的策略之一.但H2和O2的逆反应显著降低了光催化水分解的效率,并且在实际应用中需要高昂的气体分离成本.因此,找到一种既可实现光催化有效水分解,同时抑制逆反应的策略具有十分重要的意义.到目前为止,为了实现光生电荷的有效分离,构建一维(1D)异质纳米结构光催化剂,被认为是抑制逆反应最有效的策略之一.其中哑铃状纳米结构,如Au-SiO2,Au-Fe3O4,Cu1.94S-CuS,Au-PbS(PbSe),Cu-Ag,Ag-Fe3O4,在促进光生电荷有效分离方面具有很大优势.但关于上述哑铃状纳米结构材料合成条件相对复杂,生长机理尚不清楚.对此,我们通过一种简便的合成策略制备了Au纳米棒/TiO2纳米哑铃结构光催化剂(Au NRs/TiO2 NDs).TiO2纳米颗粒(NP)仅包裹在Au NRs的两端.由于其独特的结构,可以实现电子空穴的定向分离,并减少它们在光照射下的复合,从而显著地提高电荷分离效率.同时,形成了氧化和还原反应的空间分离区域,从而有效地抑制了逆反应.通过SEM,XRD,和UV-Vis研究了可控合成哑铃状结构形态的关键因素.发现反应温度和酸度对Au NRs末端TiO2的包裹量有显著影响.基于此,我们提出了Au NRs/TiO2 NDs结构光催化剂的合成机理.并且通过改变加入的NaHCO3含量精准调节TiO2在Au NRs两端的包覆量,从而逐步提高Au NRs/TiO2 NDs光催化剂的产氢活性.在不断优化条件下,H2产率可达60264μmol/g/h,大约是报道的Au/TiO2光催化剂6倍.而电化学测试结果显示,在UV光照射下,Au NRs末端TiO2的包裹量越大,光电流相应越大.进一步证明光生电子定向从TiO2注入到Au NRs中,发生还原反应,而空穴留在TiO2上,发生氧化反应,从而实现氧化还原反应的分区.     

(C_5H_7N_2)_3AsMo_(12)O_(40)·5H_2O的合成、表征及光催化性能研究

合成了配合物(C5H7N2)3AsMo12040·5H2O,对其进行了IR和TG/DTA分析,并用X-射线单晶衍射仪测定了晶体结构。配合物晶体属于单斜晶系,P-1空间群。配合物经N—H…N和N—H…O氢键相连组成超分子化合物,氢键稳定了晶体结构。将该配合物掺杂TiO2制备复合催化剂(C5H7N2)3AsMo12040·5H2O/TiO2,以甲醇、丙酮气体消除反应为模式反应评价该配合物和复合催化剂的光催化性能。结果表明,复合催化剂的催化活性优于配合物本身和TiO2。配合物中的有机分子,对有机物有强的亲和性,更容易吸附有机分子利于光催化反应的进行。     

金属氧化物(Fe2O3, CuO,NiO)改性对TiO2纳米管阵列光电催化活性的增强效应

采用阳极氧化法和阴极电沉积法制备了Fe2O3,CuO和NiO纳米粒子改性的高度有序的TiO2纳米管(TiO2-NT)阵列.运用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射光谱等手段对Fe2O3/TiO2-NT、CuO/TiO2-NT和NiO/TiO2-NT复合电极进行表征.以苯酚为模拟污染物,考察复合电极的光电性能.结果表明,金属氧化物(Fe2O3,CuO,NiO)纳米粒子成功沉积在TiO2-NTs的管口、内壁和管底.金属氧化物改性复合电极的光电催化活性比未改性的TiO2-NTs提高了2倍以上.Fe2O3/TiO2-NTs在可见光区显示出最高的吸收强度.以Fe2O3/TiO2-NTs为阳极处理苯酚废水,光照120min后苯酚去除率达到96%,而未改性的TiO2-NTs的苯酚去除率只有41%.此外,Fe2O3/TiO2-NTs在生成低毒中间产物方面表现出良好的性能.较高的复合电极光电催化活性主要是由于TiO2纳米管和过渡金属氧化物纳米粒子间构筑的高界面面积异质纳米结构,有效地促进了电子转移,抑制了光生电子-空穴对的复合.     

空气电极/AC作载体对TiO2光催化性能的影响

The photo catalytic degradation of activated red in the aqueous solution was studied using TiO2 supported on air electrode and active carbon (AC) as photo catalysts. It was found that the photo catalytic reaction rate of TiO2 was obviously increased by the presence of air electrode and AC supported. The air electrode which has functions of synthesizing H2O2 in situ and photocatalysis was reported. The results also implied that biasing of the electrode at +0.5V led to efficient charge separation. The current density of air (oxygen) electrode had effect on the oxidation rate of azo dye molecule, i=15 mA/cm2, and the rate could reach maximum. With AC mass fraction of about 21% the oxidation rate for TiO2/AC was obviously larger than that for TiO2, but the result was contrary to this for higher AC mass fraction (>30%). The experiment results showed that because TiO2 was supported on active carbon, the effective surface area of the photo catalysis and their absorbability for organic molecules can be increased. The pH in solution had effect on the oxidation rate of organic molecules.     

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%.     

Mechanism of photoinduced superhydrophilicity on the TiO2 photocatalyst surface

The physicochemical properties of the H(2)O molecules adsorbed on TiO(2) surfaces during UV light irradiation were fully investigated by near-infrared (NIR) absorption spectroscopy. It was found that the H(2)O molecules adsorbed on the TiO(2) surfaces desorb during UV light irradiation by the heating effect of the light source. Since the amount of the H(2)O adsorbed on the TiO(2) surfaces decreased, the distribution of the hydrogen bonds within the H(2)O molecules decreased, resulting in a decrease in the surface tension of the H(2)O clusters. The decrease in the surface tension of H(2)O under UV light irradiation was found to be one of the most important driving forces in which the H(2)O clusters on the TiO(2) surface spread out thermodynamically, forming H(2)O thin layers. The partial elimination of the hydrocarbons from the TiO(2) surface by the photocatalytic complete oxidation was seen to be the other important factor, providing free spaces on the surface where the H(2)O clusters could spill over and spread out to form the thin H(2)O layers. Moreover, the temperature changes of the TiO(2) powder samples during UV light irradiation were found to show a good correspondence with the changes in the contact angle of the H(2)O droplets on the TiO(2) thin film surfaces. Especially the time scale for the hydrophilic conversion on the TiO(2) surfaces under UV light irradiation was in good agreement with the decrease in the amount of H(2)O molecules adsorbed on the TiO(2) surfaces but not the amount of the hydrocarbons eliminated by the photocatalytic oxidation reactions, showing that the adsorption and desorption of H(2)O molecules are generally quite sensitive to the temperature changes of solid surfaces.     

CO Preferential oxidation promoted by UV irradiation in the presence of H2 over Au/TiO2

The catalytic oxidation of CO was performed over Au/TiO(2) under UV irradiation in the presence of H(2) in different reaction systems. It was found that the introduction of H(2) enhanced the CO thermocatalytic oxidation in a CO pre-introduced system (CO/O(2)vs. CO/H(2)/O(2)), but suppressed that in an O(2) pre-introduced (O(2)/CO vs. O(2)/H(2)/CO) system. Although the CO oxidation in both CO/H(2)/O(2) and O(2)/H(2)/CO systems could be remarkably enhanced under UV irradiation, the oxidation of H(2) was suppressed under UV irradiation. It was proposed that the dissociative chemisorption H ([triple bond]Ti-H) at surface oxygen vacancy sites of TiO(2) could act as both the electron-acceptors for the photogeneration electrons and the electron-donors for the chemisorbed O(2) at TiO(2), and thus enhance the CO oxidation during the coinstantaneous process of thermocatalysis and photocatalysis. The suppression of H(2) thermocatalytic oxidation under UV irradiation might be ascribed to the electron transfer effect, i.e., the dissociative chemisorption H on Au (Au-H) could be desorbed at the H(2) molecule via accepting the photogenerated electrons from TiO(2).     

铝材表面状态对TiO2薄膜光催化性能和光致亲水性的影响

在纯铝片和具有氧化铝层的铝片上用提拉法制备TiO2/Al和TiO2/Al2O3/Al样片,通过FTIRATR技术和密闭间歇式反应装置分别考察了TiO2薄膜对油酸和乙烯的光催化降解性能,通过测试接触角考察TiO2薄膜的光致亲水性.结果表明,TiO2/Al2O3/Al对油酸的光降解性能比TiO2/Al的好,但其光催化氧化乙烯性能和光致亲水性能较差.这种差别可通过不同过程的作用机理和Al与TiO2表面的电子转移作用得到较好解释,由此得出TiO2薄膜的光催化性能与光致亲水性可能是两种既有联系又相互独立的性质     

Surface treatment of silicon carbide using TiO2(IV) photocatalyst

Silicon carbide (SiC) and diamond were decomposed to CO(2)(g) by the photocatalysis with TiO(2) at room temperature, although the decomposition rate of diamond was very slow. According to the XPS spectra of Si2p on the SiC surface, SiO(2) was simultaneously formed on the surface by the TiO(2) photocatalysis. The thickness of the SiO(2) formed on the SiC surface during the photocatalytic oxidation for 1 h was estimated to be about 40 A from the depth profile of the XPS spectra using Ar etching. The SiC surface was oxidized by the TiO(2) photocatalysis even under the condition without a direct contact with the TiO(2). This indicates that the photocatalytic oxidation of the SiC occurs due to active oxygen species photogenerated on the TiO(2) surface, but not by hole produced in the valence band of the TiO(2). Moreover, a remote surface treatment system using the quartz beads coated with TiO(2) was developed for the SiC surface oxidation. Consequently, the TiO(2) photocatalysis will be very useful for the surface treatment of SiC such as photopatterning without defects and damage to the substrate because the photocatalytic reaction is carried out under mild conditions.