钯氮共掺杂TiO2的制备与表征及其可见光催化活性

在空气气氛和N₂中热处理表面均匀分散有尿素和氯化钯的纳米管钛酸,制备了两个系列Pd/N共掺杂的TiO₂光催化剂,并对所得样品进行了X射线衍射、透射电镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱和电子自旋共振等表征.结果表明,焙烧气氛对样品的形貌、晶体结构、光谱吸收、生成的氧空位浓度和可见光光催化性能的影响很大,其中在空气气氛中制备的样品光催化性能优于在N₂中制备的样品.在可见光(λ≥420nm)照射下,以丙烯为模型污染物考察了样品的光催化活性,发现在空气中400℃下焙烧的样品具有最佳的可见光催化活性.另外,讨论了Pd/N共掺杂TiO₂光催化剂具有可见光响应的机理,认为掺杂的Pd/N元素和制备过程中生成的氧空位是影响可见光催化性能的重要因素.     

Bi2O3 /TiO2复合纳米颗粒的可见光光催化性能

采用溶胶与水热相结合的方法合成了具有可见光光催化活性的复合纳米颗粒Bi2O3/TiO2,并对其进行了X射线衍射、透射电镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射谱、红外光谱、低温N2吸附脱附及电子顺磁共振分析。结果表明,复合少量的氧化铋可显著抑制TiO2由锐钛矿到金红石的相转移过程,并将光吸收范围扩展到可见光区。可见光照射下(λ>420 nm),利用电子顺磁共振技术检测到明显的羟基自由基(.OH)信号。铋的最佳掺杂量为Bi/Ti质量比2.0%,适量铋的掺入能显著改善锐钛矿TiO2的结晶度,抑制光生电子-空穴对的复合,提高光催化量子效率。通过可见光照射下,4-氯酚的降解实验测试Bi2O3/TiO2复合纳米颗粒的可见光光催化活性。同时,利用气-质联用仪对4-氯酚降解过程的中间产物进行了测定,并提出可见光照射下的Bi2O3光敏化机理。     

超声波制备介孔结构的氮掺杂TiO2纳米晶及其可见光催化性能

采用超声波辐射法制备了具有介孔结构的高浓度氮掺杂TiO₂纳米晶(N/TiO₂).采用N₂物理吸附、X射线粉末衍射、X射线光电子能谱、透射电镜、光致发光谱和紫外-可见漫反射光谱等手段对N/TiO₂进行了表征.以波长为400~660nm的可见光为光源,以水体污染物邻苯二甲酸二甲酯为降解对象,考察了不同制备方法对N/TiO₂光催化性能的影响.结果表明,超声波辐射使氮掺杂浓度提高了2.2倍,该法制备的N/TiO₂同时具有较好的介孔结构,表现了更高的光催化降解邻苯二甲酸二甲酯的活性.其活性提高的主要原因是N/TiO₂含有更高浓度的氮和对可见光具有更强的吸收能力.     

金红石相TiO2纳米棒的氢化处理及其光催化活性

以钛酸四丁酯为钛源,通过盐酸调制的水热法制备出了具有棒状结构的金红石相纳米TiO₂,并进一步进行高温氢化处理. 采用X射线衍射（XRD）,透射电镜（TEM）,紫外-可见-近红外漫反射（UV-Vis-NIR DRS）,电子顺磁共振（EPR）和表面光伏（SPS）等测试手段对样品进行表征,以气相乙醛和液相苯酚为目标污染物考察催化剂的光催化活性. 结果表明：随着高温氢化处理时间的延长,TiO₂样品的可见光吸收逐渐增强,其颜色逐渐由白色转变成灰色,这主要与引入的Ti³⁺/氧空位缺陷有关. 表面光电压谱和羟基自由基测试表明,适当时间的氢化处理有利于光生电荷的分离. 在光催化氧化降解气相乙醛和液相苯酚过程中,经适当时间氢化处理的样品表现出高的可见光催化活性. 并且可见光催化活性的规律与紫外光下的是一致的. 这是因为氢化处理后在导带底下方引入了缺陷能级,拓展了可见光响应. 过度的氢化处理会在TiO₂导带下方引入较低的缺陷能级,使光生电荷的复合加剧,导致光催化活性降低.     

氮掺杂TiO2/HTi2NbO7纳米片复合材料的制备及其可见光催化性能

首先采用高温固相法制备层状前驱体CsTi_2NbO_7,通过与硝酸进行质子交换反应可得到层状HTi_2NbO_7,然后将HTi_2NbO_7分散在四丁基氢氧化铵(TBAOH)溶液中进行剥离反应,得到HTi_2NbO_7纳米片悬浮液,并进行冷冻干燥处理。以尿素为N源,将冷冻干燥的HTi_2NbO_7纳米片与TiO_2前驱体(钛酸异丙酯)混合物进行高温焙烧处理,成功地合成了新型氮掺杂Ti O_2/HTi_2NbO_7纳米片(N-TTN)复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、高倍透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)、N_2吸附-脱附测试、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)及电化学测试等对材料的形貌、晶体结构、比表面积、孔分布和光吸收性能等进行表征与分析。研究发现锐钛矿型TiO_2纳米颗粒均匀地分散在HTi_2NbO_7纳米片表面,在两组分间形成异质结结构。通过在可见光下降解有机污染物罗丹明B(RhB)来评价不同样品的光催化活性。结果表明,N-TTN复合材料具有最优的光催化降解活性,活性的增强主要归功于N元素的掺杂、异质结的构筑、增大的比表面积和丰富的介孔结构。     

Ag3PO4/Ag2S/g-C3N4复合光催化剂的制备与性能

通过沉积法和离子交换法成功地制备了Ag_3PO_4/Ag_2S/g-C_3N_4复合型光催化剂。利用X射线多晶粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、N_2吸附-脱附等温线、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱等手段对样品进行了表征。通过降解罗丹明B考察其可见光催化活性及稳定性,研究了硫化钠与磷酸银物质的量的比值(n_(Na_2S)/n_(Ag_3PO_4))、g-C_3N_4添加量对所制备复合光催化材料性能的影响,同时对光催化机理进行了探讨。结果表明,随着n_(Na2S)/n_(Ag3PO4)的增加,所得复合催化材料活性先增加后降低;当n_(Na2S)/n_(Ag_3PO_4)为1.5%、g-C_3N_4与Ag_3PO_4的质量比为3∶7时制备的催化剂ASC1.5的光催化活性最好,在可见光照射下,40 min内可将罗丹明B完全降解,且5次循环使用后仍保持较高的催化活性。和Ag_3PO_4相比,Ag_3PO_4/Ag_2S/g-C_3N_4复合型光催化材料的活性与稳定性都得到明显提高,这主要归因于复合催化剂比表面积和孔结构的增加,载流子分离效率的提高。光催化机理研究表明,空穴(h~+)、超氧阴离子自由基(·O~(2-))和羟基自由基(·OH)都是光催化过程中的主要活性物种。三者作用大小依次为:h~+·O~(2-)·OH。     

Ce掺杂Bi2MoO6/TiO2纳米纤维异质结的制备及可见光催化性能

以静电纺丝技术制备的TiO_2纳米纤维为基质,通过溶剂热法制备了异质结型稀土Ce掺杂Bi_2MoO_6/TiO_2复合纳米纤维。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)以及荧光光谱(PL)等分析测试手段对样品的物相、形貌和光学性能等进行表征。以罗丹明B为模拟有机污染物,研究了样品的可见光催化性能。结果表明:在稀土掺杂样品中,Ce离子进入Bi_2MoO_6晶格,部分取代Bi3+,导致晶胞膨胀,晶格畸变,形成缺陷;与TiO_2复合形成异质结,有利于光生电荷的产生、转移和有效分离,从而提高TiO_2纳米纤维的光催化活性。可见光照射180 min,罗丹明B的降解率达到95.1%。经5次循环光催化降解活性基本不变,样品具有良好的光催化稳定性。     

g-C3N4/Bi2O2CO32D纳米片复合材料的制备及可见光催化性能研究

采用自组装和化学沉淀法分别制得两种可见光驱动复合材料石墨相氮化碳/碳酸氧铋(g-C_3N_4/Bi_2O_2CO_3).采用X射线衍射光谱(XRD),紫外可见光谱、扫描电镜(SEM)、N_2吸附、电化学阻抗谱(EIS)和X射线光电子能谱(XPS)等分析手段对制备的催化剂进行了表征.结果表明,制备方法对纳米复合材料的晶相、形态及光学性能没有影响,但是影响g-C_3N_4和Bi_2O_2CO_3之间的相互作用力,导致光生电子-空穴对的分离速率存在显著差异.以可见光驱动苯酚和罗丹明B的降解实验为探针反应检测催化剂的光催化性能.实验结果表明自组装法得到的异质结催化剂中相互作用力更强,催化效果最高.O_2-是罗丹明B降解反应的主要活性物种,染料的光敏化、Bi_2O_2CO_3与g-C_3N_4综合效应,导致光生载流子电荷分离效率更高.     

Ag/BiOX (X=Cl,Br, I)复合光催化剂的制备、表征及其光催化性能

采用光化学沉积法制备了一系列不同Ag含量的新型Ag/BiOX(X=Cl,Br,I)复合光催化剂,应用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、光致发光(PL)谱、紫外-可见(UV-Vis)光谱和N2物理吸附等手段对催化剂进行表征,并以420nm<λ<660nm的可见光为光源,评价了该催化剂光催化降解酸性橙II的活性,考察了不同含量的Ag沉积对BiOX样品光催化性能的影响.N2物理吸附测试结果表明,沉积银在一定程度降低了催化剂的比表面积.UV-Vis测试结果表明,Ag能产生表面等离子共振吸收,有效增强BiOCl和BiOBr对可见光的吸收能力.PL测试结果则表明,Ag能显著抑制光生电子(e-)和空穴(h+)的复合.Ag的存在大幅度提高了BiOX对染料的光催化降解活性.当负载Ag的质量分数(w)为1%-2%时,可使BiOCl、BiOBr和BiOI光催化活性分别提高了10、13和2倍.Ag/BiOX复合光催化剂具有更高催化活性的原因是复合光催化剂对可见光有很强的吸收能力,同时产生了银等离子体光催化作用和银抑制了Ag/BiOX(X=Cl,Br,I)的光生电子-空穴的复合.     

ZnFe2O4/TiO2纳米管阵列电极的制备及光电催化降解苯酚的研究

采用阳极氧化法和电沉积法制备出具有可见光响应的ZnFe2O4/TiO2纳米管阵列电极.用环境扫描电子显微镜(ESEM)、X-射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对制备的ZnFe2O4/TiO2纳米管阵列电极的表面形貌和结构进行了表征.结果表明,该方法成功地将ZnFe2O4纳米颗粒均匀分散在TiO2纳米管中,分布在管口处的较少.同时,详细讨论了反应物浓度、沉积时间、循环次数、沉积电压对ZnFe2O4/TiO2纳米管阵列电极性能的影响.通过在可见光下降解苯酚评价了复合电极的光催化活性,实验结果表明:由于ZnFe2O4和TiO2之间的协同效应,复合电极的光响应范围扩展到了可见光区域,光电催化活性提高1.5～2倍.     

Characterization of Visible Light Response N-F Codoped TiO2 Photocatalyst Prepared by Acid Catalyzed Hydrolysis

N-F codoped TiO₂ (TONF) photocatalysts were prepared using acid catalyzed hydrolysis method from mixed aqueous solution of TiCl₄ and NH₄F. The photocatalytic activity of the TONF was evaluated through the degradation of phenol under both visible and UV light irradiation. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy (DRS), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), and N₂ adsorption isotherm were used to characterize the obtained powders. The results showed that N-F codoped TiO₂ exhibited significant improvement of visible light catalytic activity. N-F codoping could improve dispersion of TiO₂, inhibit particle size agglomeration, and retard phase transformation. Doped N could extend the light response of TiO₂ to visible light region. In addition, narrower band gap formed by F-doping was beneficial to the high visible light photocatalytic activity.     

Photocatalytic Activity of N-doped TiO2 Photocatalysts Prepared from the Molecular Precursor (NH4)2TiO(C2O4)2

We developed a novel approach for the preparation of N-doped TiO₂ photocatalysts by calcining ammonium titanium oxalate at different temperatures. The structures of N-TiO₂ were characterized by powder X-ray diffraction, infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, N₂ adsorption-desorption isotherms, X-ray photoelectron spectroscopy, diffuse reflectance UV-Vis spectroscopy, and scanning electron microscope. The N-doped TiO₂ photocatalysts calcined below 700 oC are the pure anatase phase but that calcined at 700 oC is a mixture of anatase and rutile phases. The doped N locates at the interstitial site of TiO₂ which leads to the narrowing of bad gap of pure anatase N-TiO₂. Among all photocatalysts, N-TiO₂ photocatalysts calcined at 600 and 400 oC exhibit the best performance in the photodegradation of methyl orange under the UV light and all-wavelength light illuminations, respectively; however, because of the perfect crystallinity and the existence of anatase-rutile phase junctions, N-TiO₂ photocatalyst calcined at 700 oC exhibits the highest specific photodegradation rate, i.e., the highest quantum yield, under both the UV light and all-wavelength light illuminations.     

微波辅助溶剂热合成In-Si共改性TiO2的增强光催化性能

利用微波辅助溶剂热法合成了In-Si 共改性的TiO₂ 光催化剂. 粉末X 射线衍射（XRD）、激光拉曼（Raman）光谱、N₂吸脱附（BET）、X射线光电子能谱（XPS）、光致发光（PL）光谱和紫外-可见漫反射光谱（UV-VisDRS）等实验表明,尽管掺杂和改性后TiO₂结晶度略有降低,但不影响光催化剂锐钛相的形成. Si 掺杂入TiO₂晶格使颗粒变小,比表面积变大. In 不能进入TiO₂晶格,在TiO₂表面形成了In₂O₃. 罗丹明B（RhB）降解实验显示,In-Si 共改性TiO₂表现出很高的紫外和可见光催化活性,Si：In：Ti 的摩尔比为0.03：0.02：1 的样品（IST-2）光催化活性最高,紫外光下3 min 即可将RhB降解完全,可见光下120 min RhB降解率为97%,这是由材料的高表面积,In₂O₃-TiO₂复合半导体之间高效电荷转移及染料敏化等共同作用所致. 对于苯酚,光催化降解则相对缓慢,700 min内尚不能降解完全.     

一锅法制备Co3O4/g-C3N4复合光催化剂及其光催化性能

以三聚氰胺和六水合氯化钴为原料,一锅法制备Co_3O_4负载的多孔石墨相氮化碳(Co_3O_4/g-C_3N_4)复合光催化材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、光致发光光谱(PL)等手段对其结构和光学特性进行表征。以盐酸四环素(TC)为目标污染物,评价了不同负载量Co_3O_4/g-C_3N_4复合光催化剂的可见光催化性能。结果表明,所制备的Co_3O_4/g-C_3N_4复合光催化剂为多孔结构,其比表面积较大,并在可见光区域具有显著的吸收。利用原位生成的Co_3O_4纳米粒子在氮化碳表面形成异质结构,可有效转移光生载流子,降低光生电子-空穴的再结合率,从而提高光催化活性。并且存在最佳Co_3O_4复合量,当六水合氯化钴加入量为三聚氰胺的8%(w/w)时,所制备的复合光催化剂CoCN-8具有最佳的光催化性能。在可见光的照射下,60 min内可降解85%的TC,而同样条件下,纯g-C_3N_4仅降解23%的TC。     

离子刻蚀法制备具有高效催化性能的m-Bi2O4/BiOCl p-n异质结催化剂

光催化技术作为一种绿色的环境修复方法而备受关注,它直接利用太阳光作为能源,可有效地降解有机污染物.铋系化合物具有化学稳定性强、抑制光腐蚀、无毒和来源广泛等优点,被认为是一种环境友好的光催化剂,广泛用于降解染料、苯酚和其他有机污染物.BiOCl具有独特的内部结构,可形成内电场促进电子和空穴的移动,抑制其复合.但是BiOCl本身带隙能过大,只能被紫外光激发,对光的利用率较低,限制了其在环境治理中的应用.近两年来发现,m-Bi2O4带隙能小,可吸收大波长的可见光,催化性能好.为充分发挥m-Bi2O4的优异性质,改善BiOCl的性能,本文将BiOCl与m-Bi2O4复合制得新型催化剂,降低催化剂的带隙能,增强对光的吸收,提高量子效率,促进光生载流子的分离,抑制电子-空穴复合,从而提高催化剂性能,加速降解反应进程.本文通过离子刻蚀法制备具有p-n异质结的m-Bi2O4/BiOCl复合催化剂,通过调节HCl的加入量制得不同比例的催化剂,并考察了其在可见光下催化降解MO(甲基橙)的性能.结果表明,m-Bi2O4/BiOCl复合催化剂在可见光下表现出优异的光催化降解MO和四环素的性能,反应10内min可降解95％的MO,反应150 min内四环素的降解率为85.5％;该复合催化剂对MO和四环素的光降解效率分别是纯BiOCl的52.3和4.9倍.活性自由基捕获实验表明,空穴在光催化降解过程中起最主要的作用,其次是超氧自由基,羟基自由基对降解反应也起到一定的作用.采用XRD,SEM,EDS,TEM,SAED,FT-IR,Raman,XPS,BET,UV-vis和光电流等表征方法分析了催化剂的结构、形貌、化学组成、元素价态、孔结构、带隙能、光学性质和载流子复合效率.结果表明,与BiOCl的斜四方体相比,m-Bi2O4/BiOCl复合催化剂呈现纳米片状结构,氯离子进入晶格的内部,颜色也由BiOCl原来的深褐色变为黄色.m-Bi2O4/BiOCl为介孔结构,比表面积为112.90 m2/g,其吸收波长红移,由紫外光扩展至可见光区域,带隙能也由3.2降低为1.87 eV,能带弯曲形成p-n异质结,提高了电子-空穴的转移效率,抑制其复合;m-Bi2O4/BiOCl的光电流密度高于m-Bi2O4和BiOCl,电子-空穴的分离效率更高,因而其催化性能更优越.     

C/g-C3N4/MoS2复合材料的制备及光催化性能

首先以尿素和葡萄糖为前驱体,通过热缩合方法制备了C/g-C₃N₄,然后利用溶剂热法合成C/g-C₃N₄/MoS₂三元复合材料。通过不同的手段对其进行了表征,结果表明,与C/g-C₃N₄相比,该三元复合材料不仅具有更强的光吸收性能和更大的表面积,而且更有利于电子的转移。同时对其可见光催化降解甲基橙性能进行研究,结果发现,C/g-C₃N₄/MoS₂-2.0%复合材料(含有质量分数为2.0%的MoS₂)表现出最高的反应速率常数(0.0086 min^-1),分别为g-C₃N₄/MoS₂-2.0%(0.0015 min^-1)和C/g-C₃N₄(0.0036min^-1)的5.7倍和2.3倍。     

球磨法制备Y3+/TiO2光催化剂及处理海水养殖废水

采用机械球磨法制备Y~(3+)修饰TiO_2光催化剂,利用紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等对其进行表征,在紫外光下,以亚甲基蓝(MB)为去除物来考察催化剂活性并优化球磨工艺。将最佳条件下制得的Y~(3+)/TiO_2光催化剂负载于不同半径的塑料浮球上,分别在紫外光和模拟太阳光照射下处理海水养虾废水,通过CODCr(chemical oxygen demand)及三维荧光观察有机物含量变化。结果表明,当Y~(3+)的物质的量分数为2%,球磨时间4 h,球料质量比4∶1,转速为500 r·min~(-1)时,MB光催化降解反应速率常数可达0.111 3 min~(-1),是纯TiO 2的4.2倍。由UV-Vis DRS、XPS、N_2吸附-脱附、XRD、SEM等表征结果显示,2%Y~(3+)/TiO_2样品的禁带宽度降低至3.05 eV,光吸收发生红移,并产生可见光响应,表面吸附氧含量明显增加,比表面积增大到104 m~2·g~(-1)。采用纯TiO_2及2%Y~(3+)/TiO_2为光催化剂处理养虾废水,在可见光和紫外光下CODCr的去除率分别为14.7%和18.8%、26.9%和37.5%。考察3种直径分别为1、2、3 cm负载Y~(3+)/TiO_2浮球的光催化效果,显示直径为2 cm浮球效果最佳,CODCr去除率可达38.5%。     

g-C3N4纳米管的制备及其光催化降解性能

以三聚氰胺和碳酸氢铵混合物为原料,采用简便热解法制备g-C_3N_4纳米管。热解过程中碳酸氢铵分解释放出大量的NH3,能够诱导纳米管的形成。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(IR)、N_2吸附-脱附、紫外-可见漫反射光谱以及紫外可见光谱(UV)等分析测试方法对该光催化剂的微观形貌结构和催化性能进行了表征。以罗丹明光催化降解为模型反应研究了g-C_3N_4纳米管的光催化活性。g-C_3N_4纳米管的表面积明显增大,且能够有效地促进光生电子转移,在可见光下具有较强的光催化性能,降解率在60和120 min时分别能达到95%和99.4%,且循环重复利用5次后降解率不低于92%。     

g-C3N4纳米管的制备及其光催化降解性能

以三聚氰胺和碳酸氢铵混合物为原料,采用简便热解法制备g-C₃N₄纳米管。热解过程中碳酸氢铵分解释放出大量的NH₃,能够诱导纳米管的形成。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱（IR）、N₂吸附-脱附、紫外-可见漫反射光谱以及紫外可见光谱（UV）等分析测试方法对该光催化剂的微观形貌结构和催化性能进行了表征。以罗丹明光催化降解为模型反应研究了g-C₃N₄纳米管的光催化活性。g-C₃N₄纳米管的表面积明显增大,且能够有效地促进光生电子转移,在可见光下具有较强的光催化性能,降解率在60和120 min时分别能达到95%和99.4%,且循环重复利用5次后降解率不低于92%。