溶胶-凝胶法制备薄膜型TiO2光催化剂

用TiCl4作原料,通过溶胶-凝胶法在单晶硅基片上制备了TiO2纳米薄膜,并用XRD,AES,XPS以及紫外反射光谱等手段,对TiO2薄膜的结构进行了研究.结果发现,TiO2薄膜以锐钛矿型晶相存在.TiO2薄膜层与硅衬底间无明显的界面扩散反应.掺杂的Pd在还原前的薄膜中以氧化态存在,还原后则以高分散的金属态存在.掺杂的Pt在还原前后均以金属态存在,但还原后产生颗粒聚集.掺杂Pd的TiO2薄膜经还原后,其紫外吸收强度明显提高,主吸收峰发生红移.     

铝基板的界面扩散对薄膜型TiO2光催化活性的影响

以钛酸四丁酯为前驱体, 采用溶胶-凝胶法在铝基板表面制备了纳米晶TiO2薄膜. 运用XRD、SEM和XPS对制得的薄膜进行表征, 并测试了薄膜光催化降解亚甲基蓝(MB)的活性. 结果表明, TiO2薄膜样品在450 ℃焙烧30 min后, 晶粒排列比较致密, 粒径为10-20 nm, 并与铝基板紧密结合; 薄膜与铝基板发生了明显的界面扩散, 薄膜中的Al元素来自铝基板的界面扩散, 且界面层很宽, 扩散层厚度约为75 nm; 界面扩散的发生直接导致了TiO2薄膜的光催化活性下降. 但随着薄膜厚度增加, 铝基板对TiO2薄膜降解亚甲基蓝催化活性的影响不断减小.     

Fe掺杂对纳米TiO2薄膜的结构与光催化性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Fe掺杂的TiO2薄膜,利用X射线光电子能谱、X射线衍射技术、显微共聚焦拉曼光谱、紫外可见光谱和原子力显微镜等对薄膜进行表征,以甲基橙为反应模型对光催化活性进行测试。 结果表明,在300~600 ℃焙烧时,TiO2以锐钛矿结构存在,700 ℃焙烧时出现金红石结构。 随掺铁量和焙烧温度的增加,Fe/TiO2薄膜的表面粗糙度和晶粒尺寸均逐渐增大;随镀膜层数的增加,Fe/TiO2薄膜光谱吸收向可见光方向移动;较低含量的铁掺杂改善了TiO2薄膜的光催化活性,而较高含量的铁掺杂则使TiO2薄膜的光催化活性下降,掺铁量为0.1%时Fe/TiO2薄膜的光催化活性最好。     

Fe3+掺杂TiO2光催化纤维材料的制备及表征

以棉花纤维为模板制备了一系列Fe3+掺杂的、具有中空纤维结构的TiO2光催化材料(Fe3+/TiO2), 利用热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、zeta电位、红外光谱(IR)和紫外-可见光谱(UV-Vis)等技术对其形貌、晶体结构及表面结构、光吸收特性等进行了表征. 以亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解为模型反应, 考察了不同Fe3+掺杂量的样品在太阳光下的光催化性能. 结果表明, 用模板法制备的Fe3+/TiO2中空纤维结构材料表面存在大量纳米微粒(平均尺寸约12 nm); Fe3+可能均匀分散于锐钛矿结构的TiO2中, 部分取代Ti4+的晶格位置, 既拓宽了TiO2的光谱响应范围, 又形成了TiO2晶体结构的缺陷, 使其表面带负电荷. 在太阳光条件下, 该纤维结构材料较纯TiO2对MB溶液具有更好的光催化脱色降解效果, 且Fe3+的掺入量显著影响该纤维材料的催化性能; 当Fe3+掺杂量为0.15%(w), 在500 ℃焙烧2 h所得中空纤维材料的催化性能最好, 2 h即可使MB溶液的脱色降解率达93%; 重复使用5次仍可使MB溶液的脱色降解率保持在90%以上, 且该催化剂材料易于离心分离去除. 因此, 以该模板合成法, 通过Fe3+的掺杂有望使TiO2成为一种低或无能耗、高活性的绿色环保型催化材料.     

磷钼酸/二氧化钛复合薄膜的结构及光致变色性能

利用溶胶-凝胶法制备了磷钼酸/二氧化钛（PMoA／TiO2）复合薄膜。通过红外光谱（FT-IR）、原子力显微镜（AFM）和X射线晶体衍射（XRD）对复合薄膜的组成和结构进行了表征。利用紫外／可见吸收光谱（UV-vis）和电子自旋共振光谱（ESR）对复合膜的光致变色性能进行了研究。FT-IR分析结果表明,Keggin结构磷钼酸分子的基本结构在复合薄膜中仍然存在,在PMoA与TiO2界面间形成了Mo—O—Ti键电荷转移桥。AFM结果表明复合前后TiO2薄膜以及复合膜光照前后的表面形貌发生了显著变化。复合膜具有可逆的光致变色性质,在紫外光照下,复合薄膜由无色变为蓝色,蓝色薄膜在空气中暗处放置后可恢复为无色。ESR结果表明TiO2受紫外光激发产生光生电子,导致PMoA发生光还原反应,生成杂多蓝。PMoA／TiO2体系的光致变色过程是按照电子迁移的机制进行的。     

Ta2O5/Si薄膜界面结构及光催化活性

利用溶胶-凝胶法和旋转镀膜法在单晶Si(110)基底上制备了Ta2O5光催化剂薄膜. 薄膜颗粒的晶粒度和大小随着热处理温度的升高而增加. 利用扫描俄歇电子能谱(AES)的表面成分分析、深度剖析和线形分析技术研究了热处理温度对Ta2O5/Si 样品膜层和基底的界面化学状态和相互作用的影响规律. 研究表明, 在700 ℃以下热处理时, Ta2O5/Si薄膜界面处以扩散作用为主;在800 ℃高温热处理时,在界面扩散的同时也引发界面反应, 生成了SiO2物种, 界面扩散和界面反应会对薄膜和基底元素的化学价态发生影响. 在紫外光下降解水杨酸的光催化活性的研究表明, 在600 ℃下焙烧制备的Ta2O5/Si薄膜具有与TiO2/Si薄膜相当的光催化活性.     

后处理对TiO_2纳米薄膜的表面结构和光催化活性的影响

半导体TiO2光催化材料对环境中各种污染物的明显去除效果已引起人们的广泛关注犤1～6犦。在普通钠钙玻璃表面涂制高光催化活性的TiO2纳米薄膜,制成环保建筑材料,不仅可以自洁玻璃表面,而且可以用于净化空气、处理废水等。但由于在热处理过程中玻璃基体内的Na+离子扩散到薄膜表面,形成光生电子和空穴的复合中心,使TiO2纳米薄膜的光催化活性大大降低犤7～10犦。为了减少玻璃中Na+离子对TiO2薄膜光催化活性的有害影响,Paz等犤8犦研究了将钠钙玻璃浸入酸溶液中,使玻璃表面的钠离子被酸中的氢离子置换出来;在玻璃表面形成SiO2凝胶层,以便阻…     

金属离子掺杂的TiO2薄膜的制备及其光催化降解甲苯的性能

 采用溶胶-凝胶法制备了负载于铝板上掺杂金属离子的TiO2薄膜光催化剂,并通过空气中甲苯光催化降解实验评价了其光催化活性. 结果表明,Pt和Fe的掺杂对TiO2薄膜的光催化活性起促进作用,甲苯降解率分别提高了17%和6%; Ag的掺杂引起催化剂失活; Mn的掺杂未对TiO2薄膜的光催化活性起明显促进作用. XRD结果表明,掺杂金属离子前后TiO2均为锐钛矿相; TEM观察到薄膜催化剂微观结构为球形颗粒,粒径分布均匀,平均粒径为19 nm; 紫外漫反射光谱表明,Pt-TiO2薄膜催化剂的反射率几乎为0,表明其对光的吸收能力很强,因而Pt掺杂的TiO2薄膜光催化降解甲苯的活性最高.     

Fe掺杂TiO2和Fe2O3量子点共负载催化剂:吸附与光催化协同作用高效降解有机染料

光催化作为节能、清洁的环境处理技术,被广泛应用于污染物处理领域,如室内气体净化、尾气VOCs处理和水体有机污染降解等.在众多光催化剂中,TiO2以其良好的化学稳定性、无二次污染、无刺激性和安全无毒等优势得到广泛研究.然而TiO2是宽禁带材料,仅能吸收太阳光谱的紫外光部分,通常需要用紫外光源来激发,光生电子-空穴易复合,这限制了其应用.过渡金属离子掺杂能在TiO2价带之上形成新的掺杂能级,从而提高其光谱响应范围,提高全光谱反应活性; 与体相TiO2相比,纳米尺寸的TiO2具有更高的光催化活性,尤其小于10 nm的量子点尺寸TiO2有着高活性面积、较短的光生电子-空穴迁移路径和独特的量子尺寸效应; Fe2O3作为吸附材料与TiO2构建复合材料能够发挥吸附与光催化协同作用,从而提高污染物处理效率.我们以构建Fe掺杂TiO2和Fe2O3量子点共负载催化剂为目标,以钛酸四丁酯(TBT)和硫酸亚铁为前驱体,采用常温水解方法将Fe掺杂的TiO2量子点生长在MCM-41分子筛表面,并通过调节硫酸亚铁加入量合成了MCM-41负载的Fe掺杂TiO2和Fe2O3量子点催化剂.采用透射电子显微镜和X射线衍射研究了复合晶体结构,采用X射线光电子能谱、紫外-可见光谱和傅里叶变换红外光谱等表征手段研究了复合量子点材料生长机理和能带结构.结合吸附过程和光降解过程建立了吸附与光催化协同作用与污染物处理效率之间的关联关系.表征结果表明,硫酸亚铁水溶液加速TBT水解成功地在MCM-41表面生长了Fe掺杂TiO2量子点,并且量子点粒径随Fe前驱体量的增加而变大; 前驱体比例Ti/Fe ≤ 3.0时,过量的硫酸亚铁会析出并在焙烧过程中在MCM-41上分解为Fe2O3量子点,Fe2O3量随着硫酸亚铁加入量提高而增多.通过调节Fe前驱体的量,一方面Fe掺杂在二氧化钛价带之上形成了掺杂能级,减小了带隙,拓宽了光响应范围,另一方面引入适量Fe2O3量子点,实现了Fe掺杂TiO2和Fe2O3量子点共负载催化剂的构建.复合材料实现了吸附过程与光催化降解过程的协同作用,Fe2O3将污染物富集于催化剂表面,Fe掺杂TiO2将其有效降解,大大提高了污染物处理能力,其中FT/M-3.0处理效率最高,并在10次循环处理后依然维持较高的吸附能力和光催化降解能力.该工作为高效光催化水处理催化剂的设计和构建提供了新思路和策略.     

水热法制备TiO_2纳米线薄膜的光生阴极保护性能

应用水热法在钛箔表面制备TiO2纳米线薄膜,采用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射和紫外-可见分光光度法对薄膜进行表征,用电极电位和电化学阻抗谱考察TiO2光生阴极保护性能.结果表明:薄膜由纵横交错的锐钛矿型TiO2纳米线组成,纳米线的直径约10nm.在150℃下反应6h生成的TiO2纳米线薄膜在0.3mol·L-1 Na2SO4溶液和0.3mol·L-1 Na2SO4+0.5mol·L-1 HCOOH混合溶液中对与TiO2薄膜耦连的403不锈钢均有良好的阴极保护效应.TiO2膜所在溶液中含有HCOOH时,可使耦连的403不锈钢在0.5mol·L-1 NaCl溶液中电极电位负移约545mV,界面反应电阻显著变小,表明电解质溶液加入HCOOH可以增强TiO2纳米线薄膜对403不锈钢的光生阴极保护效应.     

Interface diffusion and chemical reaction of PZT layer/Si (111) sample during the annealing treatment in air

The interface diffusion and chemical reaction between a PZT (PbZrxTi1-xO3) layer and a Si(111) substrate during the annealing treatment in air have been studied by using XPS (X-Ray Photoelectron Spectroscopy) and AES (Auger Electron Spectroscopy). The results indicate that the Ti element in the PZT precursor reacted with residual carbon and silicon, diffused from the Si substrate, to form TiCx, TiSix species in the PZT layer during the thermal treatment. A great interface diffusion and chemical reaction took place on the interface of PZT Si also. The silicon atoms diffused from silicon substrate onto the surface of PZT layer. The oxygen atoms, which came from air, diffused into silicon substrate also and reacted with Si atoms to form a SiO2 interlayer between the PZT layer and the Si (111) substrate. The thickness of SiO2 interlayer was proportional to the square root of treatment time. The formation of the SiO2 interlayer was governed by the diffusion of oxygen in the PZT layer at low annealing tempera     

Photo-Induced Hydrophilicity of TiO<Subscript>2</Subscript> Films Deposited on Stainless Steel via Sol-Gel Technique

The photo-induced hydrophilicity of TiO₂ films deposited on stainless steel substrates and silicon wafers using two different sol-gel routes has been investigated. The results indicate that crystalline titanium oxide films with excellent hydrophilic properties can be obtained on silicon wafer with both routes. XPS and XRD data reveal that films deposited on stainless steel exhibit crystallization features similar to those of films deposited on silicon wafers, and only differ by their oxidation degree owing to a TiO₂ reduction process associated to a diffusion of iron ions during deposition of the acidic sol and/or high temperature post-treatment. Consequently, hydrophilic properties of films deposited on stainless steel are inhibited. The deposition of a SiO_x barrier layer at the film/substrate interface allows preventing such a detrimental substrate influence. A low temperature deposition route of the TiO₂ film associated to the presence of a barrier layer yields best results in preventing iron contamination of the films.     

Study of interface diffusion and reaction between Zr3N4 and stainless steel

The effect of annealing treatment on the interface diffusion and reaction between Zr₃N₄/stainless steel was studied by AES depth profiling along with line shape analysis. The Zr₃N₄ film was deposited on stainless‐steel substrates by reactive magnetron sputtering. Scanning electron microscopy, electron diffraction, AES and UV–VIS reflection were performed to characterize the deposited film. The results indicated that the interface diffusion between Zr₃N₄ and stainless steel took place during deposition and can be promoted by annealing treatment, but no interface reaction took place before or after annealing treatment. High‐temperature and long‐time annealing treatment resulted in obvious oxidation of the Zr₃N₄ layer. The UV–VIS reflection results indicated that the absorption band of Zr₃N₄ film shifted to shorter wavelength after annealing treatment. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

Tracking thermally-activated transformations in a nanostructured metal/oxide/metal system

We present experimental and theoretical evidence of sequential redox processes and structural transformations occurring by increasing temperature in a metal/oxide/metal system obtained via deposition of Fe atoms onto a z'-TiO(1.25)/Pt(111) ultrathin film in UHV. The initial reduction of the z'-TiO(x) phase by Fe at room temperature is followed by Fe diffusion and partial penetration into the substrate at intermediate temperatures. This triggers the formation of a bi-component material in which mixed FeO/TiO(2) nanoislands coexist on a h-TiO(1.14) ultrathin film, notably restructured (from rectangular to hexagonal) and reduced (from Ti : O = 1 : 1.25 to 1 : 1.14) with respect to the original TiO(1.25) phase. Further heating recovers the pristine z'-TiO(x) phase while Fe completely dissolves into the substrate.     

金属离子掺杂二氧化钛及水体光催化脱氮研究

采用溶胶-凝胶法制备了掺杂Ce³⁺、La³⁺、Ag⁺、Fe³⁺的TiO₂光催化剂,以考察其薄膜和粉体形式对水中无机氮的光催化去除效果和活性.用所制备的催化剂对含氨氮-亚硝酸氮的混合液进行了光催化脱氮研究.本文利用UV-Vis吸收光谱、XRD和TEM对催化剂进行了表征.同时,对影响TiO₂光催化效率的因素:如掺杂金属离子的种类、浓度、涂膜层数、反应液中有无Fe²⁺、不锈钢和玻璃载体、反应器的构型等进行了探讨,并对今后的研究进行展望.经过2 h紫外光照射反应,实验最佳脱氮效果:金属离子掺杂TiO₂薄膜型催化剂总氮去除率在30%左右,金属离子掺杂粉末型催化剂光催化最高总氮去除率可达41.7%.     

铁掺杂TiO2纳米管阵列对不锈钢的光生阴极保护

在含FeSO4的HF、H2SO4/HF、NaF/Na2SO4溶液中,通过电化学阳极氧化直接在纯钛表面制备Fe 掺杂的TiO2(Fe-TiO2)纳米管阵列. 应用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、X 射线光电子能谱(XPS)等手段对纳米管阵列的结构、形貌及化学组成进行表征. 利用光电化学测量研究Fe-TiO2纳米管阵列在不同波长范围内的光电响应特性和光生阴极保护行为. 考察了温度、时间、掺杂含量等参数对TiO2纳米管阵列的几何尺寸、形貌和光电性能的影响. 结果表明, Fe掺杂可有效减缓TiO2纳米管阵列载流子的复合, 窄化TiO2带隙宽度, Fe-TiO2在410-650 nm范围显示强吸收, 并使光谱响应扩展到波长大于400 nm 的可见光区. 实验结果还表明, Fe-TiO2纳米管阵列对316不锈钢(316L)具有良好的光生阴极保护作用, 暗态下阴极保护作用可继续维持.     

Microstructural evolution of protective La–Cr–O films studied by transmission electron microscopy

Transmission Electron Microscopy (TEM) and Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS) were performed to study the microstructural evolution of La–Cr–O thin films deposited by radio frequency (RF)-magnetron sputtering on stainless steel substrates. Chromium L edges and oxygen K edges are analyzed to determine the valence states of the chromium and elucidate the phase evolution of the thin film. The as-deposited amorphous thin film crystallized to LaCrO₄ and finally transformed to the LaCrO₃ stable phase during annealing at 800°C. An intermediate Cr/Mn oxide layer was formed in all annealed samples. The thickness of this oxide layer stabilizes after 700°C, which indicates that the LaCrO₃ thin film plays a role in inhibiting the growth of an oxide layer on the metal surface.     

Fe~(3+)掺杂的TiO_2纳米复合粒子的合成及表征

利用酸催化的溶胶-凝胶法合成了一系列不同Fe~(3+)掺杂量的TiO_2纳米复合 料子。用XRD,TEM,UV-vis等技术进行了表征。结果表明：在所研究的掺杂量范围 内(x_B = 0.0005 ～0.1000),未发现有铁氧化物的晶相生成;Fe~(3+)的掺杂可以 实现TiO_2由锐钛矿(anatase)结构向金红石(rutile)结构的低温转化,随着Fe~ (3+)掺杂量的增大,对光的吸收发生红移,吸收强度增大。掺杂适量的Fe~(3+)可 以使TiO_2纳米微粒的光催化活性得以提高。