模拟太阳光下稀土Gd掺杂了TiO2纳米晶的光催化性能研究

以甲基橙的光催化降解为探针反应,采用氙灯模拟自然条件下的太阳光,评价了通过酸催化的溶胶-凝胶法制备的稀土Gd掺杂改性TiO2纳米晶的光催化活性及对甲基橙水溶液TOC的去除效果.运用XRD和UV-Vis DRS表征技术考察了Gd掺杂对纳米TiO2的微晶尺寸、晶体结构与光学性能的影响.结果表明,Gd掺杂可以抑制TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变,阻碍TiO2晶粒增长,使TiO2的光吸收带边发生蓝移且有利于对可见光的吸收,从而使Gd掺杂TiO2在模拟太阳光下光催化降解甲基橙的能力得到明显提高,但样品对甲基橙水溶液TOC的去除效果要滞后于其对色度的去除.     

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.     

低量La3+掺杂S-TiO2光催化剂的制备、表征及其光催化活性

采用溶胶-凝胶-浸渍法制备了La³⁺/S-TiO₂纳米光催化剂,通过XRD、BET、XPS、UV-Vis等手段进行了表征.以甲基橙溶液为光催化降解反应的模型化合物,考察了光催化剂的活性,探讨了低量La³⁺掺杂对TiO₂纳米粒子光催化活性的影响机制.实验结果表明:S改性TiO₂后明显提高了TiO₂纳米粒子的光催化活性,而La³⁺掺杂S-TiO₂后,进一步提高了TiO₂纳米粒子的光催化活性,La³⁺的最佳掺杂量(相对于TiO₂的质量分数)为0.369%;La³⁺/S-TiO₂(ω(La³⁺)=0.369%)为纳米光催化剂时,甲基橙的脱色率达到92.4%(光照120min);XRD和BET分析表明,低量La³⁺掺杂抑制了TiO₂由锐钛矿向金红石的转变,阻碍了TiO₂晶粒的生长,提高了TiO₂的比表面积;XPS分析表明,S、La³⁺掺杂可以导致粉体的表面羟基含量增加,掺杂S以S⁶⁺形式置换TiO₂晶格中的Ti⁴⁺;UV-Vis分析表明,光催化剂La³⁺/S-TiO₂比纯TiO₂具有较强的紫外光吸收性能.与纯TiO₂相比,La³⁺掺杂TiO₂纳米粒子光催化氧化活性的提高应归因于La³⁺掺杂增加了表面羟基含量,增大了比表面积,增强了样品表面的紫外光吸收能力.     

Ag/TiO2中空纳米纤维光催化材料的制备及表征

以棉花纤维为模板制备了银掺杂的TiO₂中空纳米纤维光催化材料, 利用热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、X光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、Zeta电位、紫外-可见光谱(UV-Vis)和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)等技术对该材料的形貌、晶体结构、银的状态等特性进行了表征. 以亚甲基蓝(MB)的脱色降解为模型反应, 考察了银掺杂的样品Ag/TiO₂在不同光源下的光催化性能. 结果表明, 所制得的Ag/TiO₂材料保留了棉花纤维的形貌, 且表面带有大量的负电荷|该Ag/TiO₂材料在太阳光条件下的光催化性能显著高于同条件下TiO₂和同材料在紫外光条件下的, 如Ag/TiO₂在太阳光下1.5 h可使MB溶液的脱色降解率在95%以上, 在TiO₂上2.5 h时不足60%, 低于Ag/TiO₂上0.5 h的结果|在紫外光条件下Ag/TiO₂ 3 h时脱色降解率仅为35%. 连续重复使用5次时Ag/TiO₂仍能保证MB溶液的脱色降解率在90%以上|该纤维光催化材料易于离心分离去除、再利用. 因此, 以棉花为模板制备的Ag/TiO₂中空纳米纤维催化材料是一种无能耗、无污染、高活性的绿色环保型光催化材料.     

金属Nd增强TiO2高硅氧纤维薄膜光催化性能及机理研究

用浸渍-提拉法在高硅氧玻璃纤维网格布上制备了具有优异光催化性能的金属Nd/TiO₂薄膜,甲基橙光催化降解实验表明Nd的掺杂对TiO₂催化剂薄膜的光学性能有明显的促进作用,当Nd的掺杂量为3 wt%时,表现出最优的光催化降解效果。采用XRD、SEM、UV-vis漫反射等分析方法对Nd/TiO₂薄膜进行表征分析,探讨光催化机理。结果表明:适量掺杂金属Nd能够细化TiO₂薄膜晶粒,得到分布致密均匀的锐钛矿型TiO₂薄膜;同时使TiO₂薄膜的拉曼和紫外可漫反射峰位红移,薄膜的禁带宽度从原来的3.15 eV减小到2.77 ev,促进了对紫外光的吸收,拓宽了TiO₂薄膜的光响应范围,增强了TiO₂薄膜的光催化活性。     

纳米TiO2复合薄膜光催化降解甲基橙的研究

本文通过Sol-Gel工艺在载玻片表面、多孔陶瓷表面及玻璃纤维表面制得了均匀透明的纳米TiO₂复合薄膜,以甲基橙为研究对象,紫外灯为光源,研究了甲基橙初始浓度、光照时间、催化剂载体比表面、初始溶液的pH值对甲基橙降解率的影响,并比较了半导体耦合薄膜的光催化降解能力.研究结果表明:SnO₂-TiO₂复合膜相对于其它耦合膜及金属(La)掺杂膜有较高的降解率.     

乙酸修饰Ag/TiO2复合光催化剂的制备及协同催化性能

利用光化学还原法制备了Ag/TiO₂,然后通过乙酸浸渍制备了HAc-Ag/TiO₂复合光催化剂.利用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）和紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）等手段表征了催化剂的性质.以降解水溶液中的甲基橙（MO）为探针反应,考察了催化剂在可见光下的光催化性能.结果表明,乙酸对TiO₂的修饰在TiO₂禁带中产生了"带尾",使TiO₂的禁带宽度发生了显著的缩减;Ag纳米粒子和乙酸共同修饰的HAc-Ag/TiO₂样品具有更窄的禁带宽度和更正的价带顶位置;Ag和乙酸的协同作用使HAc-Ag/TiO₂具有良好的可见光催化活性：可见光照射2 h后,甲基橙在HAc-Ag/TiO₂上的降解率接近100%.     

锰离子控制掺杂二氧化钛薄膜光催化活性增强的机理探讨

采用溶胶-凝胶法通过工艺控制制备了锰离子以不同形式掺杂TiO₂的光催化剂薄膜,并通过XPS和SEM对薄膜的结构进行表征.通过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性能,通过甲基橙溶液的光催化降解脱色率来表征催化剂薄膜的光催化活性.结果表明,以锰离子MT掺杂方式制备的TiO₂薄膜可明显增强TiO₂的光催化活性,而以MM掺杂方式制备的TiO₂薄膜反而降低了TiO₂的光催化活性;锰离子MT掺杂方式的最佳掺杂质量分数为0.8%.催化剂薄膜的电化学行为显示,薄膜具有p-n结的电容-电压特性,锰离子MT掺杂TiO₂薄膜的开路电位和瞬时光电流信号较强,说明其光生载流子易于生成并且分离效果较好.依据半导体的p-n结原理探讨了锰离子控制掺杂TiO₂的光催化活性机理.     

类蛋结构的可磁分离光催化剂纳米球的制备及催化性能

通过反胶束和静电自组装方法制备了一种类蛋结构的可磁分离光催化剂纳米材料SiO₂@NiFe₂O₄@TiO₂(TSN), 这种光催化剂对甲基橙废水有较好的降解效果, 并显示出了超顺磁性, 通过外加磁场方便地实现催化剂在水中的分离与回收. 该光催化剂纳米球的X射线衍射, TEM和FTIR结果表明, 铁酸镍纳米粒子被包裹在SiO₂内, 形成SiO₂@NiFe₂O₄(SN)纳米球载体, 纳米TiO₂颗粒组装在SN表面, 形成TiO₂光催化壳层. 利用甲基橙的降解考察了光催化剂纳米球的活性, 结果表明, 在NiFe₂O₄和TiO₂之间包覆一层无定形的SiO₂可以显著提高光催化剂纳米球TSN的催化活性.     

掺杂WO3的SiO2/TiO2的溶胶热液合成及光催化性能

采用溶胶-热液合成法制备了掺杂WO₃的SiO₂/TiO₂复合光催化剂,用X射线衍射、红外光谱、Zeta电位分析、BET和透射电镜对样品进行了表征,并以甲基橙降解评价了其光催化性能.结果表明:改性后的光催化剂表现出较高的光催化性能,WO₃和SiO₂不仅增加了锐钛矿TiO₂的稳定性,并阻止了TiO₂晶粒的聚集生长.     

钬掺杂提高TiO2纳米晶光催化活性的光谱性能机制研究

采用酸催化的溶胶-凝胶法制备了未掺杂和掺杂0.5%Ho(摩尔分数)的纳米TiO2光催化剂,以甲基橙的光催化降解为探针反应,评价了其光催化活性。运用XRD,TEM,EDS,FT-IR,UV-Vis DRS以及PL光谱表征技术考察了Ho掺杂对纳米TiO2的微晶尺寸、晶体结构、表面组成与光学性能的影响,并对改性机制作了探讨。结果表明,Ho掺杂可以抑制TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变,阻碍TiO2晶粒增长,使TiO2的光吸收带边发生蓝移,增加表面羟基含量,促进光生载流子分离,从而使Ho掺杂TiO2样品光催化降解甲基橙的能力显著增强。     

热分解法制备Fe2O3修饰的TiO2纳米管阵列及其光电性能研究

为提高TiO_2纳米管阵列(TiO_2-NTs)的可见光活性,通过阳极氧化和热分解法制备了Fe_2O_3纳米粒子修饰的TiO_2纳米管阵列(Fe_2O_3/TiO_2-NTs)。通过扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见光漫反射光谱(UV-vis DRS)等对产物进行了相关表征,同时测试了产物的光电性能及其光催化降解甲基橙的性能。结果显示,Fe_2O_3/TiO_2-NTs的光电流强度和光催化降解率分别是是TiO_2-NTs的19倍和8.7倍。     

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。     

多酸修饰二氧化钛纳米管复合膜的制备、表征及其光催化降解甲基橙的研究

采用电沉积方法制备了H3PW12O40(PW12)-TiO2复合膜,通过SEM,EDX和XRD等手段,对其组成和结构进行了表征,并考察了该复合膜催化剂对降解甲基橙的催化活性.实验结果表明PW12存在于TiO2纳米管结构中,用PW12多酸修饰的TiO2纳米管比单独的TiO2纳米管展示出更好的光催化性能,由于电子能够从TiO2纳米管导带转移到多酸的LUMO能级,有效抑制了光生电子和空穴的复合,因而使PW12-TiO2复合膜表现出更高的光催化活性.     

Characterizations of lanthanum trivalent ions/TiO2 nanopowders catalysis prepared by plasma spray

Lanthanum trivalent ions (La(3+)) doped titanium dioxide (TiO(2)) nanopowders in the range of 20-60 nm were prepared successfully by plasma spray in the self-developed plasma spray equipment. The photocatalytic activity of samples at different doping concentrations in photocatalytic degradation of methyl orange was discussed. The nanopowders prepared were characterized by transmission electron microscopy, X-ray diffraction, ultraviolet-visible spectra, photoluminescence (PL) and X-ray photoelectron spectroscopy. The results show that La(3+) doping increased the photocatalytic activity of TiO(2) greatly, the optimal doping concentration was 0.5 at%. The La(3+) doping decreases the particle size and the distribution of particle sizes becomes more uniform. The doped powders were the mixture of anatase and rutile phase. The contents of anatase phase decreased firstly and then increased with an increase in the contents of La(3+). The intrinsic absorption band of La(3+) doped TiO(2) nanopowders appears red shift from that of pure TiO(2) nanopowders. The intensity of PL spectra increases and then decreases with increasing the content of La(3+). The PL spectral intensity reaches its peak when the ratio of La(3+)/TiO(2) is 0.2 at%. There are O, Ti, C and La elements in the prepared La(3+) doped TiO(2) nanopowders, La element still exists in trivalent and Ti element always exists in tetravalent.     

Wavelength-sensitive photocatalytic degradation of methyl orange in aqueous suspension over iron(III)-doped TiO2 nanopowders under UV and visible light irradiation

Well-crystallized iron(III)-doped TiO2 nanopowders with controlled Fe3+ doping concentration and uniform dopant distribution, have been synthesized with plasma oxidative pyrolysis. The photocatalytic reactivity of the synthesized TiO2 nanopowders with a mean particle size of 50-70 nm was quantified in terms of the degradation rates of methyl orange (MO) in aqueous TiO2 suspension under UV (mainly 365 and 316 nm) and visible light irradiation (mainly 405 and 436 nm). The photodecomposition of MO over TiO2 nanopowders followed a distinct two-stage pseudo first order kinetics. Interestingly, the photocatalytic reactivity depends not only on the iron doping concentration but also on the wavelength of the irradiating light. Under UV irradiation, nominally undoped TiO2 had much higher reactivity than Fe3+ -doped TiO2, suggesting that Fe3+ doping (> 0.05 at. %) in TiO2 with a mean particle size of approximately 60 nm was detrimental to the photocatalytic decomposition of methyl orange. Whereas, under visible light irradiation, the Fe3+ -doped TiO2 with an intermediate iron doping concentration of approximately 1 at. % had the highest photocatalytic reactivity due to the narrowing of band gap so that it could effectively absorb the light with longer wavelength. A strategy for improving the photocatalytic reactivity of Fe3+ -doped TiO2 used in the visible light region is also proposed.     

TiO_2/SiO_2复合材料的制备与表征

以钛酸四丁酯和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶凝胶法和水解法相结合,在室温下制备了两种形态的TiO2/SiO2复合材料.采用透射电镜、傅里叶红外光谱、X射线衍射和紫外-可见光谱等测试方法对所得复合材料进行了表征,并对其光催化降解甲基橙溶液的性能进行了研究.结果表明:对TiO2进行表面处理制备的TiO2/SiO2复合材料比以SiO2为载体制备的TiO2/SiO2复合材料在光催化和抗紫外线性能上更优异.     

CNTs/TiO2多孔复合膜的组装及光催化性能

提出了一种在掺氟的SnO2(FTO)导电玻璃上组装碳纳米管(CNTs)/Fe-Ni/TiO2多孔复合膜光催化剂的新方法.采用喷涂热解法(SPD)将掺杂镍和铁的含有嵌段聚合物P123的二氧化钛前驱体溶胶涂覆在FTO导电玻璃上,制备Fe-Ni/TiO2多孔膜,再采用化学气相沉积法(CVD)在Fe-Ni/TiO2膜上原位生长CNTs,得到CNTs/Fe-Ni/TiO2多孔复合膜光催化剂.CNTs/Fe-Ni/TiO2复合膜具有多级孔结构特征,在TiO2表面原位生长的CNTs不但具有较好的石墨化结构,且CNTs较均匀地分布在整个膜层的孔中.考察了CNTs/Fe-Ni/TiO2复合膜光催化剂的结构和性能,并通过降解甲基橙溶液评价了复合膜的光催化活性.结果表明,CNTs的复合及铁和镍的掺杂等改性显著提高了TiO2膜材料的光催化活性.