过渡元素掺杂对纳米TiO_2光催化剂性能的影响

以沉淀法制备得到了第一过渡系23至30号元素(V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn)分别掺杂的纳米TiO_2光催化剂。考察了它们光催化降角水中十二烷基苯磺酸 钠的活性,研究了它们的光催化活性与催化剂微晶结构、电子亲和势与离子半径比 、离子的磁矩之间的关系。发现其催化活性的变化与这些元素的稳定氧化态的电子 亲和势与离子半径的比值和掺杂原子的磁矩具有较好的相关性。而催化剂的（101 ）晶面的XRD衍射强度、微晶尺寸和晶格畸变应力对催化活性也具有一定的影响。     

过渡金属掺杂二氧化钛光催化性能的研究

采用浸渍法制备了过渡金属掺杂的光催化剂MOx/TiO2(M=Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu).以乙酸的光催化氧化降解反应为探针,研究了催化剂的光催化性能.研究结果表明,经过渡金属掺杂改性的二氧化钛,光催化性能都有所提高.掺杂量有一个最佳值,在最佳掺杂量时,催化剂光催化性能的提高程度与对应金属氧化物的生成焓有很好的一致性,还发现光催化性能与过渡金属离子稳定氧化态的电子亲和势与离子半径的比值间呈现火山型关系曲线.     

氟掺杂提高纳米二氧化钛光催化活性的研究进展

纳米二氧化钛(TiO2)具有光催化活性高、无毒、化学性质稳定、成本低等优点,是目前最具发展前景的光催化剂。但TiO2的宽禁带和低量子效率限制了它的实际应用。因此,对TiO2进行改性研究,实现TiO2的可见光响应和提高其量子效率成为研究的热点。氟掺杂不仅能够使TiO2具有可见光催化活性,而且可提高其紫外光催化活性。本文综述了氟掺杂TiO2的制备,氟掺杂提高TiO2光催化活性的机理、氟与其他元素共掺杂TiO2的研究进展。     

LSDA+U方法研究Ni掺杂CuO和Cu掺杂NiO的电子结构和反铁磁学性质

光催化分解水制H2和光催化还原CO2是解决能源危机和全球变暖的有效途径.但是,由于粉末光催化剂存在回收效率低的问题,因而光催化成本很高.而磁性光催化剂便于回收和重复利用,因此人们把目光转向具有磁性的非光催化剂材料,试图通过改性使得磁性材料具有合适的水分解或者还原CO2的氧化还原电位.同时,对具有光催化活性但是没有磁性的材料进行磁化改性可以得到新型的磁性光催化剂.本文通过对本身具有磁性的NiO材料进行Cu掺杂能带调整,使调整后的NiO具有合适的氧化还原电位;对本身具有良好光催化氧化还原电位的CuO材料进行Ni掺杂磁化调整,使磁化后的CuO既有良好的氧化还原电位又有磁性.最终两种材料经过掺杂变成磁性光催化材料,既有较好的光催化性能,又可高效回收,因此有望在光催化领域具有潜在的应用前景.LSDA(局域自旋密度近似)+U(有效库仑相关能)计算方法能够很好地给出磁矩和禁带宽度等电子结构性质.本文通过LSDA+U计算方法对具有磁性的宽禁带半导体材料NiO进行电子结构改性研究,希望通过降低其禁带宽度、调整其氧化还原电位使之对太阳光有响应.因其同时具有磁性便于回收,使得光催化分解水制H2和光催化还原CO2成本高的问题得到解决.对NiO的磁胞进行了Cu掺杂计算,结果发现Cu的掺杂几乎没有引起NiO空间结构的变化,这是因为Cu和Ni的离子半径相近.通过对电子结构的计算发现掺杂体系的禁带变窄,并且在禁带中间出现了两条杂质能级,该杂质能级是由掺杂原子Cu 3d态组成.杂质能级的出现能够降低光生载流子在带隙中的复合,从而提高光催化效率.计算结果同时表明,Cu掺杂的NiO系统具有一个1μB的净磁矩,即Cu的掺杂使得NiO显示出磁性,而Ni的磁矩在掺杂前后几乎保持不变,由纯相的1.67μB增加到掺杂体系中的1.70μB.由于CuO本身低指数(111)面和(011)面具有合适的分解水制H2和还原CO2的氧化还原电位,如果对CuO进行磁化改性,可以使光催化剂CuO同时带有磁性,便于回收再利用.本文对CuO磁胞进行了Ni的掺杂计算.结果表明,由于离子半径相近,Ni掺杂几乎没有引起CuO空间结构的变化.掺杂后的体系具有一个1.66μB的净磁矩,同时Ni的掺杂引起多个杂质能级出现,靠近价带的杂质能级由Cu 3d态组成,而在导带底位置出现的杂质能级主要由Ni 3d态组成.整个能带向高能级方向平移.     

水热法制备Pr掺杂Bi_2WO_6三维花状微球的光催化性能（英文）

通过水热法制备稀土Pr掺杂Bi_2WO_6三维花状微球,利用XRD、SEM、N2吸附-脱附、紫外-可见吸收光谱和光致发光光谱对所制备的光催化材料进行表征。通过降解亚甲基蓝评价样品的光催化活性。结果表明,1.0%Pr-Bi_2WO_6样品的可见光催化活性最佳,降解率达到95%。Pr掺杂提高了催化剂的可见光吸收性能并且能够束缚光生电子使得电子空穴对有效分离从而获得强氧化物质。对其光催化降解做出了合理的解释。     

LSDA+U方法研究Ni掺杂CuO和Cu掺杂NiO的电子结构和反铁磁学性质（英文）

光催化分解水制H_2和光催化还原CO_2是解决能源危机和全球变暖的有效途径.但是,由于粉末光催化剂存在回收效率低的问题,因而光催化成本很高.而磁性光催化剂便于回收和重复利用,因此人们把目光转向具有磁性的非光催化剂材料,试图通过改性使得磁性材料具有合适的水分解或者还原CO_2的氧化还原电位.同时,对具有光催化活性但是没有磁性的材料进行磁化改性可以得到新型的磁性光催化剂.本文通过对本身具有磁性的NiO材料进行Cu掺杂能带调整,使调整后的NiO具有合适的氧化还原电位;对本身具有良好光催化氧化还原电位的CuO材料进行Ni掺杂磁化调整,使磁化后的CuO既有良好的氧化还原电位又有磁性.最终两种材料经过掺杂变成磁性光催化材料,既有较好的光催化性能,又可高效回收,因此有望在光催化领域具有潜在的应用前景.LSDA(局域自旋密度近似)+U(有效库仑相关能)计算方法能够很好地给出磁矩和禁带宽度等电子结构性质.本文通过LSDA+U计算方法对具有磁性的宽禁带半导体材料NiO进行电子结构改性研究,希望通过降低其禁带宽度、调整其氧化还原电位使之对太阳光有响应.因其同时具有磁性便于回收,使得光催化分解水制H_2和光催化还原CO_2成本高的问题得到解决.对NiO的磁胞进行了Cu掺杂计算,结果发现Cu的掺杂几乎没有引起NiO空间结构的变化,这是因为Cu和Ni的离子半径相近.通过对电子结构的计算发现掺杂体系的禁带变窄,并且在禁带中间出现了两条杂质能级,该杂质能级是由掺杂原子Cu 3d态组成.杂质能级的出现能够降低光生载流子在带隙中的复合,从而提高光催化效率.计算结果同时表明,Cu掺杂的NiO系统具有一个1μB的净磁矩,即Cu的掺杂使得NiO显示出磁性,而Ni的磁矩在掺杂前后几乎保持不变,由纯相的1.67μB增加到掺杂体系中的1.70μB.由于CuO本身低指数(111)面和(011)面具有合适的分解水制H_2和还原CO_2的氧化还原电位,如果对CuO进行磁化改性,可以使光催化剂CuO同时带有磁性,便于回收再利用.本文对CuO磁胞进行了Ni的掺杂计算.结果表明,由于离子半径相近,Ni掺杂几乎没有引起CuO空间结构的变化.掺杂后的体系具有一个1.66μB的净磁矩,同时Ni的掺杂引起多个杂质能级出现,靠近价带的杂质能级由Cu 3d态组成,而在导带底位置出现的杂质能级主要由Ni 3d态组成.整个能带向高能级方向平移.     

铂非均匀掺杂二氧化钛薄膜的光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了铂非均匀掺杂的二氧化钛薄膜, 并用UV-vis分光光度计及电化学工作站表征了薄膜的光吸收性能和光电化学行为, 通过对甲基橙的光催化降解动力学来表征催化剂的光催化活性. 结果表明 Pt非均匀掺杂可以明显增强二氧化钛的光催化活性, 而均匀掺杂的效果较差; Pt非均匀掺杂的最佳量为0.3 mol%. 催化剂薄膜的电化学行为显示: Pt非均匀掺杂二氧化钛薄膜的开路电压高, 交流阻抗小. 并从半导体的PN结原理探讨了Pt非均匀掺杂二氧化钛的催化活性机理.     

Fe3+/V5+/TiO2复合纳米微粒光催化性能的研究

采用溶胶凝胶法制备了Fe^3 /V^5 /TiO2复合纳米微粒作为光催化剂。光降解反应结果表明，其掺杂催化剂Fe^3 /V^5 /TiO2的光催化活性明显提高。光电化学研究显示，铁离子可以成为电荷陷阱，促进空穴的界面传递反应。适量钒离子掺杂使TiO2电极的光电流升高，导带中电子浓度的增大，加快了界面的电子传递反应。共掺杂催化剂中，Fe^3 、V^5 分别提供了空穴与电子的陷阱，同时加快了电子与空穴的界面传递反应，从 更有效地提高光催化活性。双组份共掺杂为提高TiO2光催化活性提供新的途径。     

镧在TiO2薄膜中的非均匀掺杂对光催化性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了La^3＋非均匀掺杂的TiO2薄膜。通过对甲基橙的光催化降解实验来评价催化剂薄膜的催化活性，结果表明：La^3＋的掺杂方式对TiO2的催化活性有很大的影响，采用非均匀掺杂方式可以明显提高TiO2的催化活性，掺杂浓度以0．5％（原子分数）为最佳。紫外-可见漫反射光谱鼎示其吸收带边明显红移；电化学行为表明其光生空穴一电子对的形成能力和分离效率得到提高。通过比较太阳能光电池异质结的“窗口效应”理论，初步探讨了La^3＋非均匀掺杂对TiO2的光催化活性的影响机制。     

LaFe1-xCuxO3光催化降解水溶性染料的活性

采用柠檬酸法合成了钙钛矿型复合氧化物催化剂LaFeO3,并按不同比例进行掺杂,制备了LaFe1-xCuxO3(x=0.01～0.09)系列样品.以高压荧光汞灯为光源,测定了该系列样品对酸性红3B等水溶性染料的光催化降解活性.采用红外、紫外、光声光谱及正电子寿命谱等技术分析了催化剂的光催化性能及掺杂对活性的影响.结果表明,掺杂后LaFeO3的光催化活性明显提高,这主要与B离子的d电子结构有关.     

Sn4+掺杂对TiO2纳米颗粒膜光催化降解苯酚活性的影响

金属离子掺杂能改善TiO2纳米微粒光催化活性,在光降解大气和水污染物的研究中,已引起人们的重视[1,2].实验证明,掺杂物的浓度、掺杂离子的分布、掺杂能级与TiO2能带匹配程度、掺杂离子d电子的组态、电荷的转移和复合等因素对催化剂的光催化活性有直接影响[3].Kamat等[4]曾利用TiO2颗粒与SnO2颗粒混合制膜,使光催化剂活性得到提高.但Sn4+掺杂TiO2用于光催化剂尚少见报道.本文采用等离子体化学气相沉积法(PECVD)[5]制备了Sn4+离子掺杂的TiO2纳米颗粒膜催化剂(TiO2-Sn),考察了其对苯酚的光催化降解活性,讨论了Sn4+离子的掺杂方式及光催化活性提高的机理.     

Fe~(3+)掺杂三维分级纳米Bi_2WO_6的合成及其光催化活性增强机理(英文)

利用水热法合成了Fe3+掺杂的三维分级纳米Bi2WO6,借助X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电镜(HRTEM)、能谱(EDS)、紫外可见漫反射(UV-Vis-DRS)等测试手段对所得样品的相组成、形貌和谱学特征进行了表征。选择罗丹明B为模型污染物研究所得样品在可见光下的催化活性。结果表明,Fe3+掺杂Bi2WO6为新颖的分级纳米结构,且Fe3+掺杂能有效提高Bi2WO6的光催化活性,Fe3+掺杂量对Bi2WO6活性的影响显著;实验结果还表明,所得Fe3+掺杂Bi2WO6催化剂的稳定性较好,易于回收。此外,还对Fe3+掺杂Bi2WO6的光催化活性增强机理进行了研究,缺电子的Fe3+作为电子捕获中心有利于促进光生电子-空穴对的分离,从而提高Bi2WO6的光催化活性。     

稀土离子掺杂对纳米TiO2光催化制氢活性的影响

采用溶胶-凝胶技术制备了纳米TiO2和一系列稀土离子掺杂的TiO2光催化剂,通过X射线衍射、透射电镜及N2吸附等技术对其进行了表征,考察了样品光催化分解水制氢的性能.结果表明,稀土离子掺杂有效抑制了TiO2粒子的生长,提高了粒子的分散性,增大了催化剂的比表面积,从而大幅度提高了其光催化分解水制氢的性能.其中,Gd3 掺杂的TiO2样品粒径最小,分散性最好,比表面积最大(是未掺杂TiO2的35倍).掺杂离子的电子构型对样品的光催化制氢活性有较大影响,具有全空电子构型的La3 和半充满电子构型的Gd3 掺杂的样品具有较高的光催化制氢活性(分别是未掺杂TiO2的3.69倍和3.72倍).     

钕掺杂提高TiO2光催化活性的机制

采用X射线衍射(XRD), BET吸附, X射线光电子能谱(XPS)表征了溶胶凝胶法制备的Nd掺杂TiO2光催化剂的晶体结构、表面电子结构与化学组成. 以甲基橙为有机底物, 测试Nd掺杂对光催化剂吸附性能和光催化活性的影响. 结果表明, Nd掺杂可阻碍TiO2的晶相转变, 减小光催化剂的晶粒尺寸, 比表面积增大. Nd掺杂提高光催化剂表面三价钛(TiⅢ)的含量及其对甲基橙的吸附能力是其提高TiO2光催化降解甲基橙活性的主要原因. Nd掺杂量为1.2%时, 光催化剂活性最高.     

过渡金属掺杂Ru-Se簇合物电催化剂氧还原性能的对比研究

采用羰基金属化合物低温合成法制备了不同掺杂元素的M-Ru-Se(M=Fe，W，Mo)簇合物，并应用旋转圆盘电极电位扫描法测试簇合物的电催化活性及其抗甲醇性，采用TEM、XRD、EDS技术表征催化剂的微观形貌、结构和组成。结果显示，掺杂过渡元素对簇合物的催化活性及其抗甲醇性有明显的影响，其中Mo-Ru-Se的还原电流最高，催化活性最高，W-Ru-Se次之，Fe-Ru-Se最低；电解质中加入甲醇后，W-Ru-Se的活性最高，Mo-Ru-Se次之，Fe-Ru-Se最低；相对地，W-Ru-Se具有较高的抗甲醇性。掺杂元素主要通过影响Ru核d电子结构改变簇合物的催化性能。     

Li+掺杂纳米TiO2的制备及其光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法和浸渍法制备了Li⁺掺杂纳米TiO₂光催化剂,并用XRD和TEM等技术进行了表征;用pH值漂移法测量了催化剂的零电位pH值(pHpzc).结果表明,500℃煅烧制得的催化剂均为锐钛矿相;Li⁺的掺杂抑制了TiO₂粒子的生长,提高了催化剂的分散性;催化剂的零电位pH值为6.6—8.1,其值取决于Li⁺的浓度和掺杂方式.分别以紫外光和太阳光为光源,孔雀石绿和甲基橙为降解物评价了催化剂的光催化活性;并用气相色谱测试了污染物降解产生的CO₂的含量.结果显示,对孔雀石绿的降解,浸渍法和溶胶-凝胶法掺Li⁺都能有效提高TiO₂的光催化活性,但浸渍法比溶胶-凝胶法效果更好,催化活性最高的为浸渍法制备的5%(摩尔分数)Li⁺掺杂TiO₂,其在紫外光和太阳光下的光催化活性分别比纯TiO₂提高了6—8倍和9—10倍;对甲基橙的降解,除溶胶-凝胶法制备的3%(摩尔分数)Li⁺掺杂TiO₂能稍提高光催化活性外,其它Li⁺的掺杂都不同程度降低了TiO₂的光催化活性;随污染物降解率的增加,最终降解产物CO₂的含量增加.实验结果表明,Li⁺掺杂改变了催化剂表面的电荷状态从而改变了催化剂的零电位pH值是造成催化剂降解不同污染物具有不同催化活性的主要原因.     

无铬CO高温变换催化剂的研究 Ⅱ.过渡元素对高变催化剂结构与性能的影响

通过XRD,BET和XPS表征及反应性能测定表明,铁系高变催化剂中加入的过渡元素能够进入Fe3O4晶格形成固溶体,并使催化剂的晶胞参数随着加入元素离子半径的增大而增大,晶粒度明显变小,比表面积增大,起到铬的作用,催化剂的活性和热稳定性提高.发现部分过渡元素具有富集OH-的特性,使催化剂在较低的汽/气比条件下具有较高的催化活性.研制成功的B121型无铬高变催化剂性能达到铁铬系高变催化剂的技术指标.     

铬和硫共掺杂二氧化钛催化剂的制备及其可见光催化性能

以钛酸四丁酯为前驱体,硝酸铬和硫脲为掺杂离子给体,通过溶胶-凝胶法成功制备了纯TiO2、不同浓度的铬掺杂和铬/硫共掺杂TiO2光催化剂.以靛红为目标污染物,进行了可见光催化降解活性测试实验.结果表明,共掺杂催化剂的活性高于未掺杂和单掺杂催化剂.当共掺杂催化剂含0.60%(原子比)的铬,1.2%(原子比)的硫,焙烧温度为500℃时具有最高的光催化降解活性.X射线衍射、N2吸附、X射线光电子能谱和紫外-可见漫反射吸收光谱表征结果显示,共掺杂催化剂为锐钛矿型,具有较高的比表面积,对可见光有较强的吸收能力.共掺杂TiO2具备较高可见光催化活性的原因可能是铬掺杂降低了TiO2的禁带宽度,拓展了可见光吸收区域,而硫掺杂能够维持体系的电荷平衡,增强催化剂对可见光的吸收.     

LaFe1—xCuxO3光催化降解水溶性染料的活性

采用柠檬酸法合成了钙钛矿型复合氧化物催化剂ＬａＦｅＯ３,并按不同比例进行掺杂,制备了ＬａＦｅ１－ｘＣｕＯ３（ｘ＝０．０１～０．０９）系列样品,以高压荧光汞灯为光源,测定了该系列样品对酸性红３Ｂ等水溶性染料的光催化降解活性。采用红外、紫外、光声光谱及正电子寿命谱等技术分析了催化剂的光催化性能及掺杂对活性的影响。结果表明,掺杂后ＬａＦｅＯ３的光催化活性明显提高,这主要与Ｂ离子的ｄ电子结构有关。     

磷酸根修饰的Mn掺杂介孔TiO_2在VUV-PCO体系高效催化氧化甲苯性能

真空紫外光解协同催化氧化(VUV-PCO)工艺作为常温下的一种高效目标物消除方式,具有真空紫外光解(VUV)、光催化(PCO)以及臭氧催化氧化(OZCO)三重功效。由于甲苯毒性强,存在广泛,本文选取甲苯作为雾霾重要前驱体的挥发性有机污染物(VOCs)的目标污染物,采用自制固定床连续流反应器(VUV光解和PCO工艺),通过浸渍法成功制备了介孔P-MnTiO_2催化剂,考察其在VUV-PCO体系降解甲苯性能。本文通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外可见吸收光谱(UVVis)、X射线衍射光谱(XRD)等表征手段分析催化剂结构特征与活性的构效关系,探究Mn和磷酸改性对复合催化剂的光催化、臭氧催化活性以及吸附性能的影响机制。实验结果表明,磷酸修饰和Mn掺杂改性协同作用能有效提高催化剂臭氧催化活性及光催化性能,实现了臭氧的完全消除的同时,促进甲苯的高效降解。Mn~(3+)掺杂进Ti的晶格提高了TiO_2的吸光性能,同时可以在催化剂表面产生氧空位,增强催化剂对氧气、臭氧等的吸附和转化。适量磷酸修饰则能进一步提高催化剂对O_2、O_3等物种的吸附性能和表面光生电子-空穴分离效率,进一步增强催化剂光催化活性及臭氧催化活性。催化剂优异的性能归因于催化剂介孔结构对污染物的有效吸附、表面氧空位上催化分解O_3生成O(1D),O(3P),·OH及高效光催化反应产生的活性氧物种共同作用。甲苯首先被VUV光解打断,生成大量中间产物后,经光催化和臭氧催化氧化使最终生成的中间产物和剩余甲苯被系统中的活性氧物种进一步氧化降解为CO_2和H_2O。与此同时,出口臭氧彻底消除。