MCM-41分子筛担载纳米TiO2复合材料光催化降解罗丹明B

采用溶胶-凝胶法将TiO2担载在介孔MCM-41分子筛上, 制备了不同TiO2含量的系列TiO2/MCM-41复合材料, 利用X射线衍射、N2吸附、紫外-可见光谱和透射电镜等方法对其进行表征. TiO2的晶型为锐钛矿相, 复合材料的比表面积和孔体积随其中TiO2担载量(复合材料中TiO2与MCM-41的质量比)的增加而减小, TiO2的平均粒径随其担载量的增加而增大. 以罗丹明B的光催化降解为探针反应, 评价了TiO2/MCM-41复合材料的光催化降解活性. 结果表明, 在紫外光照射下, 罗丹明B在该复合材料上的光催化降解反应遵循一级反应动力学, 复合材料对罗丹明B的光催化降解活性明显高于商用TiO2 (P-25), 复合材料的光催化降解活性由复合材料的吸附能力和所含TiO2的光催化活性共同决定.     

酞菁敏化混晶TiO2薄膜的低温制备及其对罗丹明B的催化降解

以四磺酸酞菁铜(CuPcTs)为敏化剂,采用溶胶-凝胶法制备了酞菁敏化的TiO2溶胶,经浸渍提拉成膜并室温晾干,制得CuPcTs-TiO2薄膜.采用XRD,UV-Vis和SEM等测试手段对薄膜样品进行了表征,并通过罗丹明B的降解考察了薄膜的可见光催化性能.结果表明,TiO2为锐钛矿-板钛矿-金红石混晶结构,CuPcTs-TiO2薄膜对罗丹明B降解具有较高的光催化活性.CuPcTs敏化能有效提高TiO2的可见光催化活性,但过多的CuPcTs会使催化活性降低.在可见光照射条件下,罗丹明B主要是先脱乙基生成罗丹明,然后再逐步被分解.CuPcTs-TiO2薄膜在经2～3次循环使用后,其光催化活性趋于稳定.CuPcTs可牢固地负载于TiO2薄膜中,从而保证了CuPcTs-TiO2薄膜重复使用的稳定性.     

MCM-41分子筛担载纳米TiO2复合材料光催化降解罗丹明B

采用溶胶.凝胶法将TiO2担载在介孔MCM-41分子筛上,制备了不同TiO2含量的系列TiO2/MCM-41复合材料,利用X射线衍射、N2吸附、紫外-可见光谱和透射电镜等方法对其进行表征.TiO2的晶型为锐钛矿相,复合材料的比表面积和孔体积随其中TiO2担载量(复合材料中TiO2与MCM-41的质量比)的增加而减小,TiO2的平均粒径随其担载量的增加而增大.以罗丹明B的光催化降解为探针反应,评价了TiO2/MCM-41复合材料的光催化降解活性.结果表明,在紫外光照射下,罗丹明B在该复合材料上的光催化降解反应遵循一级反应动力学,复合材料对罗丹明B的光催化降解活性明显高于商用TiO2(P-25),复合材料的光催化降解活性由复合材料的吸附能力和所含TiO2的光催化活性共同决定.     

中孔石墨碳负载TiO2复合材料光催化降解罗丹明B和苯酚

以26nm单分散的SiO2球为模板,苯乙烯为碳源,Ni为催化剂,在950℃合成了比表面积为298.2m2/g的中孔石墨碳材料.采用粉末X射线衍射、低温N2吸附、热重分析和透射电镜等对碳材料进行了结构表征.结果发现,通过Ni的催化作用,可在较低温度下得到高度石墨化的中孔碳材料.采用溶胶-凝胶法将TiO2负载在中孔石墨碳材料上,形成TiO2/石墨碳复合材料.以罗丹明B和苯酚的光催化降解为探针反应,考察了TiO2/石墨碳复合材料的光催化降解活性.结果表明,在紫外光照射下,罗丹明B和苯酚在该复合材料上的光催化降解反应遵循一级反应动力学,复合材料对罗丹明B和苯酚的光催化降解活性明显高于相同条件下制备的纯锐钛矿型TiO2.     

纳米复合光催化剂TiO_2-ZrO_2的制备、表征及其光催化活性

通过溶胶-凝胶技术制备了不同比例(3:1、1:1、1:3)的纳米复合光催化材料TiO2-ZrO2,采用XRD、N2吸附、SEM-EDX和TPD等测试手段对其进行了表征,探讨了比例不同的TiO2-ZrO2结构的变化规律以及这种变化对催化剂催化活性的影响.通过紫外区和可见区的光催化降解染料亚甲基蓝、罗丹明B的实验,考察了其光催化活性.实验结果表明,不同比例的纳米复合光催化材料TiO2-ZrO2的催化活性均高于单体TiO2和单体ZrO2.     

硼硫共掺杂TiO2的光催化性能及掺杂机理

采用水热法制备了硼硫共掺杂的TiO2光催化剂(TiO2-B-S),并用其光催化降解甲基橙.结果表明,在240℃下水热反应12h时制得的TiO2-B-S具有较高的催化活性,紫外光照射50min和太阳光照射230min时对甲基橙的降解率分别达99.8%和81%.X射线粉末衍射、紫外-可见漫反射光谱和X射线光电子能谱等研究表明,TiO2-B-S为锐钛矿晶型,硫硼掺杂能抑制TiO2粒径的生长;TiO2-B-S同时具有较高的紫外光和可见光活性的原因可能是掺杂的硼以B3 进入晶格中,导致TiO2晶格畸变,带隙变窄.掺杂的硼和硫还提高了TiO2的表面酸度和对可见光的吸收.     

超声微乳法合成TiO2-SiO2催化剂可见光光催化降解亚甲基蓝

采用可见光下亚甲基蓝的光催化降解为模型反应,考察了超声微乳法经钛酸丁酯水解合成的纳米TiO2-SiO2催化剂的性能,并用XRD和BET对催化剂进行了表征。结果表明:硅胶的加入有效地提高了TiO2-SiO2催化剂的热稳定性,抑制了热处理过程中TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变和晶粒的长大。随着焙烧温度和TiO2含量的增加,TiO2的晶粒变大,但比表面积减少。TiO2-SiO2的光催化活性明显改善,可见光照射120min,31%TiO2/SiO2催化剂存在下,有84%亚甲基蓝光催化降解。31%TiO2/SiO2催化剂光降解亚甲基蓝的能力大大优于Degussa P-25和纯TiO2,其降解亚甲基蓝的反应速率常数分别为P-25和纯TiO2的8倍和10倍。     

复合光催化材料H3PW122O40/Ta2O5光催化降解染料的研究

采用溶胶-凝胶法制备了半导体型金属氧化物Ta2O5,并通过浸渍法与杂多酸H,PW12O40复合,获得了纳米复合光催化材料H3PW12O40/Ta2O5.通过1CP-AES、FT-lR、N2吸附、Tc等手段对其组成、结构及其表面物理化学性质进行了表征,并在可见光下考察了该复合材料对可溶性染料罗丹明B和亚甲基蓝的光催化活性.实验结果表明,该复合材料存可见光下有较好的光催化活性,其中,H3PW12O40/Ta2O5在180min内对亚甲基蓝的光催化降解转化率达到78%.     

MoS_2/g-C_3N_4复合材料的制备及可见光催化性能

首先在N-甲基吡咯烷酮溶液中超声剥离得到少层的MoS_2,将其与石墨相氮化碳(g-C_3N_4)复合,制得MoS_2/g-C_3N_4复合材料。采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),X射线光电子能谱(XPS),傅里叶变换红外光谱(FTIR),Raman光谱,紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS)和光致荧光(PL)技术对复合材料进行表征。可见光下考察MoS_2/g-C_3N_4复合材料光催化降解罗丹明B(Rh B)的活性,结果表明:将少量MoS_2与g-C_3N_4复合可明显提高光催化活性,且1%(w/w)MoS_2/g-C_3N_4复合物的光催化活性最高,可能的原因是MoS_2和g-C_3N_4匹配的能带结构,增大了界面间电荷的传输,降低了光生电子-空穴的复合,进而提高了光催化活性。     

碳纳米管/TiO_2复合材料的制备及表征研究

采用溶胶-凝胶法和水热合成法,制备出碳纳米管/TiO2(CNTs/TiO2)复合材料。通过X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM),紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis),荧光光谱(LS)检测CNTs/TiO2的晶型及形貌。结果表明:锐钛矿相TiO2纳米颗粒负载在碳纳米管的管壁上,CNTs/TiO2在紫外-可见光波长范围均有较好的吸收性能。在灭菌灯照射下,以甲基橙溶液为降解目标,CNTs/TiO2复合材料对甲基橙溶液的降解有高的光催化活性,180 min内降解率达到85%以上。     

Effect of carbon content on photocatalytic activity of C/TiO2 composite

A series of carbon-covered titania (CCT) were prepared via pyrolysis of sucrose highly dispersed on titania surface in flowing N₂. The samples were characterized by XRD, BET, DTA-TG, UV—Vis, and their photocatalytic properties were evaluated with two model pollutants, methylene blue (MB) and rhodamine B (RB), at room temperature. The effect of carbon content on photocatalytic activity of the C/TiO₂ composite was investigated. It was found that the effect of carbon content is different for different pollutants or different light sources. For three tested samples, under UV illumination CCT01 has the highest activity for MB photocatalytic degradation, while in the case of RB, CCT02 is the most active photocatalyst. Under visible light illumination, CCT005 has the highest activity for both MB and RB photocatalytic degradation. Translated from Chinese Journal of Catalysis, 2006, 27(1): (in Chinese)     

明胶对纳米二氧化钛相变和光催化活性的影响

以明胶为分散剂采用溶胶-凝胶法制备了纳米晶TiO₂粉末.通过XRD、TG-DTA、AFM、N₂吸附-解吸等手段,考察了明胶对TiO₂煅烧过程中相变和平均粒径的影响;用光催化降解甲基橙检测了明胶用量对样品光催化活性的影响.结果表明:明胶的存在抑制了TiO₂由无定形向锐钛矿的相变,降低了锐钛矿向金红石的相变温度;同时,TiO₂纳米晶的平均粒径也随明胶用量的增加而减小.600℃煅烧样品的光催化活性随明胶用量的增加而提高;800℃煅烧样品在m_G:m_TBOT(明胶与钛酸四丁酯的质量比)=1:8时,具有最高的光催化活性.     

可见光响应的碳修饰纳米棒状p型CaFe2O4半导体光催化降解有机污染物

制备了C/CaFe2O4纳米棒复合材料,并考察了其光催化性能,同时深入研究了C修饰对CaFe2O4活性的影响.研究发现,复合材料的光催化降解活性与C和CaFe2O4的质量比密切相关.其最佳的碳含量为58 wt%,所得复合光催化剂对亚甲基蓝(MB)的降解速率常数达到0.0058 min-1,是铁酸钙的4.8倍.进一步研究表明,C修饰在CaFe2O4表面显著提高了样品对亚甲基蓝染料的吸附性能.吸附等温线结果发现,MB以单分子层形式吸附于CaFe2O4表面.总体而言,C覆盖在CaFe2O4表面可以使光生电子和空穴更有效的分离和传输,可以显著提高催化剂对MB的吸附性能,还可以增强样品对光的吸收能力,因而催化剂光催化降解MB性能增加.表征结果表明,复合光催化剂表面含有大量羧基和羟基基团,导致光催化剂表面带负电荷,从而有利于阳离子的MB的静电吸附.为了进一步验证该吸附机理,我们选择了另外两种染料分子,阳离子的罗丹明B和阴离子的甲基橙.结果显示,该光催化剂对罗丹明B同样具有较强的吸附能力和较好的光催化降解活性,但对甲基橙几乎没有吸附和光催化性能.这充分说明亚甲基蓝染料通过静电相互作用的形式吸附于催化剂表面,较好的吸附性能进一步促进了光催化剂的降解活性.为了讨论光催化机理,向反应体系中加入不同的捕获剂来研究光催化反应过程中产生的活性物种.研究显示,羟基自由基在光催化降解亚甲基蓝的反应中几乎没有作用,光生空穴发挥了次要作用,而超氧自由基在整个反应中发挥了主导作用.因此,光催化降解的机理如下:CaFe2O4在可见光激发下产生光生电子和空穴,电子快速转移到C材料的表面并与空气中的氧气反应生成超氧自由基,后者再与吸附在光催化剂表面的染料分子反应产生低毒或无毒的降解产物.此外,CaFe2O4价带上产生的空穴也可以直接将染料分子氧化成小分子产物.     

一步火焰辅助热解法制备Fe掺杂嵌碳TiO2及其光催化性能

以钛酸四丁酯、无水乙醇和无水氯化铁为前驱体,通过一步火焰辅助热解法制备了Fe掺杂嵌碳TiO₂,并研究了样品的光催化活性. 利用扫描电子显微镜及能谱、X射线光电子能谱、X射线粉末衍射和紫外-可见漫反射吸收光谱等对样品的形貌、组分、晶型和光吸收进行了表征,并研究了样品在紫外和可见光下的光催化活性. 结果表明,无需后续热处理可直接得到主要是锐钛矿相TiO₂的样品,Fe³⁺以替位掺杂形式进入TiO₂晶格,随掺杂量增加,样品在可见光区域的吸光度提高,吸收带边红移. Fe掺杂量（摩尔分数）小于0.2%可改善样品的光催化活性,当Fe掺杂量为0.1%时,样品在可见光和紫外-可见光照射下均显示出最高的降解亚甲基蓝速率.     

The effect of lanthanide on the degradation of RB in nanocrystalline Ln/TiO2 aqueous solution

A series of Nd³⁺, Pr³⁺, Er³⁺, and Dy³⁺ (0.25–5 at.%) homogeneously doped nanocrystalline titanium dioxides (Ln/TiO₂) were prepared by an easy sol–gel technique, and the roles of lanthanide doping on the photocatalytic activity in the degradation of rhodamine B (RB) in aqueous solution were studied. Both the concentration of the lanthanide dopant and calcination temperature showed significant effect to the photodegradation of RB. The photocatalytic activity of pure titania was drastically decreased when calcination temperature was at 700 °C, while the high photocatalytic activity was still maintained for lanthanide-doped samples. HPLC-MS method was used to study the degradation process, and it is demonstrated that the degradation of RB catalyzed by Ln/TiO₂ was principally go through with a stepwise de-ethylation photochemical process.     

糖葫芦状二氧化钛纳米线阵列的制备及其光催化性能

 采用溶胶-电泳技术,在多孔阳极氧化铝(PAA)模板的有序孔洞中制备了高度取向的糖葫芦状TiO2纳米线阵列光催化剂,通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射对样品进行了表征. 结果表明, TiO2纳米线为锐钛矿晶型,纳米线直径与PAA模板的孔径一致,且分布均匀. 纳米线取向性极好,每根纳米线都具有周期性凹凸,形似糖葫芦,因此命名为糖葫芦状TiO2纳米线阵列. 以甲基橙的降解反应评价了光催化剂的活性,与相同条件下制备的TiO2/玻璃膜相比, TiO2纳米线阵列在光照1 h时对甲基橙的降解率达到93.6%, 比前者提高了40.2%, 具有很好的光催化活性.     

模板法制备的Fe3+/TiO2中空纳米纤维的光催化性能

以棉花纤维为模板,利用浸渍-热转化两步法制备了Fe³⁺掺杂的二氧化钛(Fe³⁺/TiO₂)中空纳米纤维光催化材料,并利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见光谱(UV-Vis)和ζ电位等技术对其形貌、结构、光吸收特性及其表面状态等进行了表征。以亚甲基蓝(methylene blue,MB)溶液的脱色降解为模型反应,考察了煅烧温度与时间对Fe³⁺/TiO₂中空纳米纤维光催化性能的影响。结果表明：利用该法可以制得棉花纤维形貌的Fe³⁺/TiO₂中空纳米结构材料;所得材料的催化性能除与材料的尺寸、相结构有关外,还与表面荷电性质有关,表面荷电量越高、表面结构缺陷越多、表面活性位越多,催化活性越高。500 ℃下煅烧2 h所得材料表面长有大量的粒子(平均尺寸为12 nm),其中TiO₂为锐钛矿结构,表面荷负电荷量最高,催化性能最好,如在太阳光下,2 h可使MB溶液的脱色降解率达93%,6 h完全脱色,而在纯TiO₂中空纤维材料上约为70%;该材料还具有良好的催化稳定性能,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。     

Facile ion-exchange synthesis of Gd-doped K2Ta2O6 photocatalysts with enhanced visible light activity

One of the well-known ways of increasing the visible light absorption capability of semiconducting materials is cation doping. This study aims to use Gd doping to tailor the bandgap energy of K₂Ta₂O₆ (KTO) for photocatalytic degradation of organic pollutants under visible light irradiation. Accordingly, the parent KTO and Gd-doped KTO with different Gd concentrations (K_2-3xGd_xTa₂O₆; x = 0.025, 0.05, 0.075 and 0.1 mol%) were synthesized by hydrothermal and facile ion-exchange methods, respectively. The powder XRD, FT-IR, SEM-EDS, TEM-SAED, N₂ adsorption-desorption, XPS, UV–Vis DRS, PL and ESR techniques were used to investigate the effect of Gd dopant concentration on the structural and photocatalytic properties of KTO. The photocatalytic activity of these samples was investigated for the photocatalytic degradation of methylene blue (MB) dye in an aqueous solution at room temperature under visible light irradiation. The experimental results show that all Gd-doped KTO samples exhibit enhanced photocatalytic activity compared with parent KTO toward MB degradation. In particular, Gd-KTO obtained by doping of 0.075 mol% shows the highest photocatalytic activity among the Gd-doped samples and the degradation efficiency of MB was 79% after 180 min of visible light irradiation, which is approximately 1.5 times as high as that by parent KTO (53%). In addition, trapping experiments and electron spin resonance (ESR) analysis demonstrated that the hydroxyl radicals (^?OH) have played a crucial role in the photocatalytic degradation of MB. The reusability and stability of Gd doped-KTO with a Gd content of 0.075 mol% against MB degradation were examined for five cycles. Based on the present study results, a visible light induced photocatalytic mechanism has been proposed for Gd0075-KTO sample.     

燃烧剂和前驱体对TiO_2光催化性能的影响

溶胶-凝胶自蔓燃合成也称低温燃烧合成是二十世纪九十年代发展起来的合成工艺.这种依靠反应自身放热使化学反应继续进行并合成出所需材料的技术有以下优点:它点火温度低(300-500℃),点燃后利用原料自身的燃烧放热即可达到化合反应所需的高温;产生气体使形成的粉末不易团聚生长,能够合成均匀、比表面积高的粉体.