掺杂纳米TiO2光催化性能的研究

利用浸渍法分别制备了Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu六种过渡金属离子掺杂改性的二氧化钛光催化剂，以乙酸水溶液的光催化氧化反应和二氧化碳还原反应为探针,评价了掺杂催化剂的光催化性能.借助光电子能谱（XPS）、X射线衍射分析（XRD）等手段对掺杂催化剂进行了表征.研究结果表明，经过渡金属离子掺杂后，光催化性能均有不同程度的改善，改善程度按Cr、Co、Ni、Fe、Mn、Cu递增.掺杂后催化剂表面吸附氧的活泼性、金属离子的价态及得电子能力上的差异决定了不同离子掺杂纳米二氧化钛光催化性能的差异.     

掺铜TiO2光催化剂光催化氧化还原性能的研究

利用浸渍法制备了掺铜二氧化钛光催化剂,分别以乙酸降解和二氧化碳还原反应为探针,研究了催化剂的光催化氧化光催化还原性能.结果表明,铜掺杂能显著提高催化剂的光催化性能;结合光电子能谱、X光衍射分析等物理表征结果,对铜掺杂改性机制进行了讨论.     

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.     

CO在金属掺杂TiO2纳米管阵列中的吸附及氧化

采用密度泛函理论(DFT)研究了五种不同金属元素V、Cr、Pd、Pt、Au掺杂二氧化钛纳米管阵列(TNTAs)的性质以及CO在这些二氧化钛纳米管阵列中的吸附和氧化.结果表明:金属的掺杂使TNTAs的带隙减小;弱吸附的CO能够和二氧化钛纳米管阵列中的晶格氧通过氧化还原机理生成CO2,这可归因于纳米管阵列的限域效应和金属元素的掺杂.合适的金属掺杂能促进CO氧化,除Cr以外的金属元素的掺杂降低了CO氧化的活化能垒,特别是Pd或Au的掺杂使能垒降低最为明显.贵金属元素Pd或Au掺杂TiO2纳米管阵列具有优良的光催化性能,可用于CO的低温氧化催化剂.     

改性SCR催化剂对单质汞氧化性能的研究

在模拟SCR反应器烟气组分下,考察了过渡金属改性掺杂对SCR催化剂单质汞(Hg0)氧化性能的影响。采用N2吸附-脱附和X射线衍射(XRD)对催化剂理化性能进行表征。结果表明,金属改性掺杂减小了催化剂的比表面积和总孔容,但对催化剂的孔径分布没有太大的影响。XRD谱图中出现了微弱的过渡金属氧化物衍射峰。8%Ce/SCR和8%Cu/SCR催化剂表现出了相对稳定和高效的Hg~0氧化效率,而8%Co/SCR催化剂Hg~0氧化效率受温度影响较大。金属改性掺杂的催化剂在低NH_3和NO烟气组分中表现出较好的Hg~0氧化效率,当烟气组分中存在HCl时,促进更加明显;而当催化剂在高NH3和NO烟气组分条件下,即使有HCl的存在对Hg~0氧化效率影响也不大。     

包覆型非贵金属氧还原催化剂的研究进展

燃料电池中广泛使用的铂基催化剂价格昂贵、储量低、容易失活,因此亟待开发廉价、高效非铂催化剂. 过渡金属(Fe、Co、Ni等)/杂原子共掺杂催化剂、杂原子掺杂（N、P、S、F等）碳材料以及碳材料包覆过渡金属复合物是目前发现的几类性能优异的非贵金属氧还原催化剂. 其中碳材料包覆过渡金属催化剂作为一类新型的高性能催化剂,对其研究还有待深入. 本文主要阐述了国内外在包覆型非贵金属氧还原催化剂方面的研究进展,从合成,性能,机理等方面对该类催化剂进行了总结,力求助益于该类催化剂的发展.     

改性钒钛基SCR催化剂的研究进展（英文）

钒钛基选择性催化还原催化剂是目前燃煤电厂应用最为广泛的脱硝催化剂.由于传统钒钛基催化剂存在低温脱硝效率低、热稳定性差、单质汞氧化效率低、二氧化硫氧化、氨逃逸、碱金属中毒等问题,人们开始尝试通过对传统SCR催化剂进行改性,以期改善其综合性能.本文从(1)拓宽催化剂的反应温度窗口,尤其是向低温区扩展,(2)提高催化剂的热稳定性,(3)协同氧化单质汞,(4)控制氨逃逸,(5)降低SO_2至SO_3的转化率和(6)提高催化剂抗碱金属中毒性能等方面综述了改性钒钛基SCR催化剂的研究进展,总结了其催化性能和相关影响机理.研究表明,某些金属及非金属的改性可以增加钒钛基SCR催化剂的表面酸度、活性位点及氧化还原性能,非金属的掺杂还可以抑制TiO_2载体由锐钛矿向金红石型转化、增加表面氧空位,从而改善了钒钛基催化剂的低温脱硝性能;硅、钨、钡和稀土金属等的添加也可抑制TiO_2的金红石化过程,锆、钾则改变了钒氧化物的存在形态,抑制其高温聚合,提高了钒钛基催化剂的热稳定性;贵金属、过渡金属、金属氯化物及非金属的改性改变了钒钛基催化剂的汞氧化机制,均可有效促进低氯甚至无氯条件下钒钛基催化剂对单质汞的氧化;贵金属钌及助剂钼添加的钒钛基催化剂可在维持较高脱硝效率的同时,实现单质汞及逃逸氨的高效去除,在SCR尾部将逃逸氨选择性氧化生成无害的氮气和水;被铜、氧化钡、氧化硅等物质改性后,更多的钒以低价态存在,使催化剂的氧化还原性能降低,并抑制了二氧化硫的吸附,从而减少了三氧化硫的生成;由于具有高储氧能力和氧化还原特性,还可降低碱金属的吸附量,铈的掺杂可提高钒钛基催化剂的抗碱金属中毒性能.此外,本文还汇总了包括贵金属(如银、钌)、过渡金属(如锰、铁、铜、锆等)、稀土金属(铈、镨)等金属、金属氯化物(如氯化铜、氯化钙)及非金属(氟、硫、硅等)改性钒钛基SCR催化剂的优缺点.基于前人研究及作者观点,改性组分的掺杂有利于进一步提高钒钛基催化剂的综合性能,具有巨大的发展潜力,也是在现有基础上实现多污染物控制的方法之一.     

丙烷选择氧化单斜 TeMo5O16 催化剂中钒掺杂的作用

 研究了在不同温度下 V 掺杂的单斜 TeMo5O16 催化剂上丙烷选择氧化反应性能. 结果发现, 在保持 TeMo5O16 相结构基本不变的条件下, V 的掺杂提高了催化剂的活性以及丙烯和丙烯醛等脱氢与选择氧化产物的收率. 通过程序升温表面反应、拉曼光谱、X 射线光电子能谱、X 射线衍射、程序升温还原和热重分析等手段对其原因进行了探讨. 结果表明, V 的掺杂引起催化剂表面金属–氧键发生变化, 提高了表面氧化还原中心的活性, 增加了酸性中心数目, 从而提高了催化剂活化丙烷能力. 同时, 较高的 V 掺杂量可以提高催化剂体相中晶格氧参与氧化还原的能力.     

双掺杂介孔催化剂Fe-Ti-MCM-41的制备及催化性能

通过对负载型Ti-MCM-41催化材料进行铁离子掺杂, 制备了双掺杂介孔催化剂Fe-Ti-MCM-41. 采用XRD, FTIR, HRTEM, BET和ICP等方法对材料的组成和结构进行了表征, 并研究了金属铁离子掺杂量和后处理温度等对介孔钛硅催化材料氧化催化性能的影响. 当掺杂量较低时, 铁离子主要是通过化学键键合在分子筛上, 呈分子级分散, 得到的催化剂对环辛烯、 环己烯、 苯乙烯和2-甲基苯乙烯等底物都表现出较好的催化活性. 当掺杂量较高时, 金属易形成聚集态, 导致催化剂比表面积下降, 使催化活性降低.     

改性钒钛基SCR催化剂的研究进展

钒钛基选择性催化还原催化剂是目前燃煤电厂应用最为广泛的脱硝催化剂. 由于传统钒钛基催化剂存在低温脱硝效率低?热稳定性差?单质汞氧化效率低?二氧化硫氧化?氨逃逸?碱金属中毒等问题, 人们开始尝试通过对传统 SCR 催化剂进行改性, 以期改善其综合性能. 本文从 (1) 拓宽催化剂的反应温度窗口, 尤其是向低温区扩展, (2) 提高催化剂的热稳定性, (3) 协同氧化单质汞, (4) 控制氨逃逸, (5) 降低 SO2至 SO3的转化率和 (6) 提高催化剂抗碱金属中毒性能等方面综述了改性钒钛基 SCR 催化剂的研究进展, 总结了其催化性能和相关影响机理.研究表明, 某些金属及非金属的改性可以增加钒钛基 SCR 催化剂的表面酸度?活性位点及氧化还原性能, 非金属的掺杂还可以抑制 TiO2载体由锐钛矿向金红石型转化?增加表面氧空位, 从而改善了钒钛基催化剂的低温脱硝性能; 硅?钨?钡和稀土金属等的添加也可抑制 TiO2的金红石化过程, 锆?钾则改变了钒氧化物的存在形态, 抑制其高温聚合, 提高了钒钛基催化剂的热稳定性; 贵金属?过渡金属?金属氯化物及非金属的改性改变了钒钛基催化剂的汞氧化机制, 均可有效促进低氯甚至无氯条件下钒钛基催化剂对单质汞的氧化; 贵金属钌及助剂钼添加的钒钛基催化剂可在维持较高脱硝效率的同时, 实现单质汞及逃逸氨的高效去除, 在 SCR 尾部将逃逸氨选择性氧化生成无害的氮气和水; 被铜?氧化钡?氧化硅等物质改性后, 更多的钒以低价态存在, 使催化剂的氧化还原性能降低, 并抑制了二氧化硫的吸附, 从而减少了三氧化硫的生成;由于具有高储氧能力和氧化还原特性, 还可降低碱金属的吸附量, 铈的掺杂可提高钒钛基催化剂的抗碱金属中毒性能. 此外, 本文还汇总了包括贵金属 (如银?钌)?过渡金属 (如锰?铁?铜?锆等)?稀土金属 (铈?镨) 等金属?金属氯化物 (如氯化铜?氯化钙) 及非金属 (氟?硫?硅等) 改性钒钛基 SCR 催化剂的优缺点. 基于前人研究及作者观点, 改性组分的掺杂有利于进一步提高钒钛基催化剂的综合性能, 具有巨大的发展潜力, 也是在现有基础上实现多污染物控制的方法之一.     

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.     

铕、铈、钇离子对TiO2催化剂的改性作用

用浸渍法在微米级TiO2中添加Eu,Y,Ce离子，研究了其对微米级TiO2的改性作用。并以DBS的光降解反应为实验模型，比较催化剂的催化活性。与未加修饰的微米级TiO相比，自制的Y／TiO2,Ce/TiO2催化剂对DBS的光催化活性均有很大的提高。     

Nd2O3/TiO2光催化剂的光生羟基自由基和光活性

以硝酸钕和钛酸四正丁酯作为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备了Nd₂O₃/TiO₂纳米光催化剂,并通过XRD和BET等手段进行了表征.以对苯二甲酸作为探针分子,结合化学荧光技术研究了光催化剂表面羟基自由基的生成;并以甲基橙为光催化降解反应模型化合物,考察了光催化剂的活性.测定了甲基橙在TiO₂和Nd₂O₃/TiO₂(1.0%)光催化剂上的吸附常数.结果表明:Nd₂O₃掺杂使TiO₂的粒径减小,比表面积增大;羟基自由基的生成速率越大,催化剂的催化活性越高.Nd₂O₃掺杂有利于反应底物在催化剂表面的吸附,Nd₂O₃的最佳掺入量为Nd/Ti(摩尔比)=1.0%.     

纳米Fe/TiO_2粉体的制备及其光催化性能

光催化法是近年来发展较快的一种环境治理技术,掺杂型TiO_2催化剂是当前研究的焦点之一.以四氯化钛为主要原料,利用简单的溶胶法制备了纳米TiO_2、Fe/TiO_2粉体,研究发现掺杂铁,能够有效地延缓锐钛矿型TiO_2向金红石型TiO_2的转变,提高Fe/TiO_2粉体的光催化活性,并且500℃焙烧后的Fe/TiO_2催化剂,在紫外光下催化活性较好.     

掺杂Yb的TiO2光催化剂的制备和性能

采用溶胶-凝胶法制备了Yb掺杂TiO2纳米光催化剂,并通过XRD和BET等手段进行了表征.以对苯二甲酸作为探针分子,结合化学荧光技术研究了光催化剂表面羟基自由基的生成;并以苯酚为光催化降解反应模型化合物,考察了光催化剂的活性.测定了苯酚在TiO2和Yb掺杂TiO2光催化剂上的吸附常数.结果表明:Yb掺杂使TiO2的粒径减小,比表面积增大,同时导致羟基自由基的生成速率增大.Yb掺杂有利于反应底物在催化剂表面的吸附,Yb的最佳掺入量为Yb/Ti摩尔比=0.8%.     

Fe掺杂与天然沸石载体对TiO2光催化活性的影响

以具有多孔结构的天然斜发沸石为载体, FeCl₃和TiCl₄为前驱物制备铁离子掺杂TiO₂光催化剂. 分别在紫外光和太阳光照射下, 研究了Fe-TiO₂, TiO₂/沸石和Fe-TiO₂/沸石对甲基橙溶液(MO)的光催化分解过程, 并通过XRD, AFM, FTIR和吸收光谱等手段, 探讨了Fe和沸石对TiO2的光催化活性的影响. 结果表明, 适当浓度的Fe不仅可以提高TiO₂的光催化效率, 而且能够拓展TiO₂的吸收波长范围至可见光区. 而沸石的引入不仅提高了光催化剂的效率, 而且也增强了光催化剂的抗失活性能.     

硅烷偶联剂改性的二氧化钛光催化降解气相苯

 用硅烷偶联剂KH-570对二氧化钛光催化剂进行了改性,制备了一种新型光催化剂. 以苯作为 模拟气体,在静态反应装置中考察了该催化剂的光催化性能. 结果表明,KH-570能显著提高 二氧化钛对气相苯的光催化降解性能,其转化率是纯二氧化钛的2.5倍. 采用红外光谱和X射线光电子能谱对催化剂进行了表征.     

Au/TiO2薄膜的制备及其光催化氧化对硝基苯酚的性能

 采用溶胶-凝胶法制备了掺杂Au的TiO2薄膜,考察了其光催化氧化对硝基苯酚的活性,并采用原子力显微镜、 X射线光电子能谱、热重-差示量热扫描和X射线衍射技术对薄膜进行了表征. 结果表明, Au/TiO2薄膜主要含有Ti, O, Au和C元素,其中Au主要以0价形式存在. 经高温焙烧后薄膜中的Au向表面聚集,随着焙烧温度的升高,薄膜表面逐渐变得粗糙,颗粒逐渐变大,薄膜的光催化活性下降. 与纯TiO2薄膜相比,掺杂Au的TiO2薄膜的光催化活性有所提高, 在673 K下焙烧的Au/TiO2薄膜的光催化活性较好,反应1 h后对硝基苯酚的降解率可以达到51.4%.     

双金属核壳结构负载型Au@Ag/TiO2催化剂的制备及表征

利用溶胶法制备了Au核Ag壳(Au@Ag)结构复合纳米粒子,用粉末-溶胶法和水热合成法使其负载于TiO₂纳米粒子上,利用紫外-可见吸收光谱﹑X射线粉末衍射﹑透射电子显微镜对复合结构材料进行了结构表征,并对其光催化消除臭氧的性能进行了研究。结果表明,制备方法、Au/Ag化学计量比及金属负载量等对光催化消除臭氧的活性均有很大影响。采用粉末-溶胶法制备的1%-Au@Ag/TiO₂(n_Au/n_Ag=1∶3)催化剂,由于TiO₂表面沉积的Au@Ag金属颗粒尺寸小且分散度高,而且1%的金属担载量有利于光生电子空穴的有效分离,光催化消除臭氧的活性最高。