TiO2/石墨烯复合材料的光生电荷分离调控与光催化产氢性能研究

半导体光生电荷分离是光催化过程中的关键步骤之一,其效率极大地影响了最终光催化性能.将TiO₂纳米片与石墨烯复合,能够促进TiO₂中光生电子和空穴的分离,从而提高其光催化活性.为了研究光生电荷的分离对TiO₂/石墨烯复合材料光催化性能的影响,通过调控TiO₂纳米片的尺寸来调节TiO₂/石墨烯复合材料中光生电荷分离的能力,然后研究其对TiO₂/石墨烯复合材料光催化性能的影响.合成了一系列不同厚度的TiO₂纳米片,将其与石墨烯复合,并通过光沉积负载Pt纳米颗粒作为助催化剂,用于光催化产氢.实验结果显示,随着TiO₂纳米片厚度减小,其与石墨烯形成的复合结构的光催化性能显著提高.这主要是由于TiO₂纳米片厚度减小时,光生电子沿厚度方向穿过TiO₂纳米片迁移到石墨烯的距离缩短,从而减少了光生电子在迁移过程中与空穴的复合;同时TiO₂纳米片厚度减小使其比表面积增大,使得TiO₂/石墨烯界面面积增大,从而使石墨烯更好地分离出TiO₂中的光生电子,有更多的光生电子到达石墨烯参与催化反应,提高TiO₂/石墨烯复合材料的光催化性能.此研究表明通过控制TiO₂纳米片的尺寸来调控TiO₂/石墨烯复合材料中光生电子和空穴的分离,是显著提高其光催化性能的有效途径.     

碳掺氧缺型TiO2纤维的无外碳源制备及光催化性能

采用溶胶-凝胶法, 结合离心纺丝技术及水蒸气活化工艺制备了一种碳掺氧缺型TiO₂(C-TiO_2-n)纤维光催化剂. 探究了C-TiO_2-n纤维的结构、 组分、 性质及碳掺杂对其光催化活性的影响. 结果表明, 在无外碳源引入的情况下, 利用TiO₂前驱体中的有机组分作为碳源, 可以实现对TiO₂的碳掺杂, 且碳掺杂明显改善了光催化剂的光捕获能力并有效抑制了光生载流子的复合. 在以水中偶氮染料活性艳红(X-3B)作为目标污染物的光催化降解实验中, C-TiO_2-n纤维展现了优良的光催化活性和循环稳定性. 在可见光照射60 min后, 其对X-3B的降解率达到96.99%, 动力学常数为0.0556 min^-1, 是氧缺型TiO₂纤维的19.86倍.     

高度有序的二氧化钛纳米管阵列的制备及其光催化活性的研究

采用电化学阳极氧化法在钛表面构筑了一种结构有序、微米级的TiO₂纳米管阵列膜层. 考察了制备电压、氧化时间、溶液搅拌等实验参数对TiO₂纳米管阵列形貌和尺寸的影响. 应用SEM和XRD对膜层的形貌和晶型进行了分析和表征, 并通过TiO₂纳米管阵列膜对甲基橙的光催化降解, 研究了TiO₂纳米管阵列膜层结构与光催化活性的关系. 结果表明: 阳极电压和溶液搅拌对制备TiO₂纳米管阵列的结构起到关键的作用. 控制20 V电压制备的TiO₂纳米管阵列膜, 管长达2.6～3.3 μm, 经500 ℃热处理后具有最高的光催化活性, 其光催化性能明显优于一般的TiO₂纳米颗粒膜.     

Ti3C2 MXene助催化剂组装的介孔TiO2用以增强光催化甲基橙降解和产氢活性

利用太阳能驱动半导体光催化剂进行光催化降解污染物和产氢被认为是解决环境问题和能源危机最有效的方法之一.在众多的半导体光催化剂中,TiO₂因其优异的化学稳定性、环境友好和成本低等优点,在光催化领域具有不可或缺的作用.介孔TiO₂由于具有独特的介孔结构,更有利于光催化过程中反应物的吸附和传输.然而,单一TiO₂具有较高的光生载流子重组效率和低的光利用率等缺点,导致其光催化活性低.通过负载助催化剂可以增强光吸收、促进光生载流子的分离以及提供更多活性位点,是提高光催化活性的一种有效策略.目前,常用的高效助催化剂主要为贵金属,如Pt,Pd和Au等,但昂贵的价格及稀缺性限制了其在未来的广泛应用.因此,寻找新型的非贵金属助催化剂来提高光催化剂的活性具有重要意义.MXene作为一种新型的二维过渡金属碳化物和/或氮化物,具有丰富的表面亲水性官能团、良好的金属导电性和较高的载流子迁移率等特性,适合用于光催化中作为助催化剂来提高光催化性能.受此启发,本文利用静电自组装策略将介孔TiO₂纳米颗粒均匀地固定在Ti₃C₂MXene助催化剂上,构建了紧密的介孔TiO₂/Ti₃C₂复合材料,并研究其光催化降解甲基橙(MO)和产氢性能.Zeta电位测试结果表明,带有相反表面电荷的介孔TiO₂和Ti₃C₂可以通过静电作用构筑稳定的复合材料.X-射线粉末衍射、拉曼光谱、X-射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜和高分辨透射电子显微镜等表征也进一步表明,成功制备了介孔TiO₂/Ti₃C₂复合材料.XPS也证明在复合材料中光生电子从TiO₂转移到Ti₃C₂助催化剂上,表明两者之间具有强相互作用.BET测试结果表明,相比单一的介孔TiO₂,复合材料具有更大的比表面积和孔体积,可提供更多的活性位点,有利于提高光催化活性.紫外-可见漫反射光谱表明,Ti₃C₂助催化剂的引入提高了材料的光吸收能力.荧光光谱、时间分辨荧光光谱、光电流密度和电化学阻抗等测试结果表明,复合材料具有优异的光生载流子分离和转移能力.在光催化性能测试中,最佳Ti₃C₂含量(3wt%)的介孔TiO₂/Ti₃C₂复合材料在40 min内对MO的光催化降解效率可达99.6%,并利用自由基捕获实验和电子自旋共振表征证实了活性物种·O₂-和·OH在光催化降解过程中起主要作用.此外,该复合材料也表现出了较好的产氢性能(218.85μmolg^-1h^-1),约为单一介孔TiO₂的5.6倍,且三次循环后仍保持稳定的产氢效率.综上,MXene族材料可以作为一种高效的非贵金属助催化剂应用于光催化领域.     

CdS修饰TiO2纳米带制备及光催化降解有毒有机污染物

以硫酸钛为原料,在210℃低温下,水热制备TiO₂纳米带.通过沉淀法用CdS修饰TiO₂纳米带表面,制得TiO₂@CdS复合光催化剂,采用XRD、TEM和反射紫外对其结构及光化学特性进行初步表征.以可见光(λ≥450 nm)光催化降解罗丹明B(Rhodamine B,RhB)、水杨酸(Salicylic Acid,SA)及2,4-二氯苯酚(2,4-Dichlorophenol,2,4-DCP)为探针反应,研究反应温度、介质和负载CdS对TiO₂@CdS结构性能的影响.结果表明,所制备的TiO₂纳米带分散性好.复合粉末由锐钛矿相TiO₂和立方相CdS组成.常温25℃中性介质中用CdS修饰的TiO₂的活性,在可见光照射下,为单纯TiO₂纳米带的29倍.同时,TiO₂也促进了CdS可见光光催化活性的提高.通过跟踪降解体系紫外-可见光谱(UV-vis)、红外光谱(FTIR)和总有机碳(TOC)测定,结果发现TiO₂@CdS/vis体系在pH 7.0时,对SA的降解率较TiO₂纳米带有显著地提高,反应15 h和21 h后,RhB和2,4-DCP的矿化率分别可达到47.8%和30.8%.     

金属改性煤基石墨烯复合材料的制备及其光催化性能

石墨烯由于其大的比表面积和良好的电子传输特性,在光催化领域具有巨大的应用潜力。本文通过水热法原位合成制备得到CuO/TiO₂/煤基石墨烯复合材料（CTG）,采用XRD、SEM、TEM等手段对样品结构、形貌等进行了表征和分析;进而以CuO/TiO₂/煤基石墨烯复合材料为光催化剂,在可见光条件下还原CO₂制备甲醇以考察其光催化性能。结果表明,CuO/TiO₂/煤基石墨烯复合材料具有良好的光催化活性,当其中Cu的负载量为2%（质量分数）时,目标产物甲醇的产率最高可达94.79 μmol/g.cat,为同样条件下单独采用煤基石墨烯作为光催化剂时甲醇产率的5倍。     

B,N-SnO2/TiO2光催化剂的制备及其光催化性能研究

为了提高TiO₂在可见光下的光催化活性, 采用聚合物前驱体法制备了B,N共掺杂的SnO₂/TiO₂(B,N-SnO₂/TiO₂)粉体型光催化剂. 进一步为了提高光催化剂的实用性, 通过浸渍-裂解法制备了氧化铝纤维毡负载的B,N-SnO₂/TiO₂光催化剂. 利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、场发射透射电子显微镜、X射线光电子能谱、比表面积分析仪、紫外-可见分光光度计等对其进行了表征. 以氧氟沙星水溶液为模拟污染物, 考察了B,N-SnO₂/TiO₂粉体型光催化剂和负载型光催化剂的可见光催化活性及稳定性. 结果表明, 该粉体型光催化剂在可见光下光照15 min, 对氧氟沙星的降解率可达98.3%. 负载型光催化剂也表现出了良好的光催化性能及可重复性和稳定性, 在21次重复使用后光催化性能几乎不发生变化.     

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.     

Zn-TiO2/AC复合催化剂的制备及其光催化活性

以硝酸锌、钛酸四丁酯和活性炭为原料,采用真空吸附法制备了不同组成的Zn TiO₂/AC.通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对催化剂进行了表征.选择较难降解的Cl₃CCOOH作为探针分子考察了其光催化活性.结果表明,掺锌能提高TiO₂/AC的催化活性,当Zn的摩尔分数为0.5%(相对TiO₂)、处理温度为400℃,溶液的pH值为6时,Zn TiO₂/AC催化剂具有很好的光催化活性.     

三维网状Dy3+:YVO4/TiO2复合纤维的制备及光催化产氢性能

以电纺TiO₂纳米纤维为基质, 柠檬酸为软模板, 采用一步水热法制备了具有三维立体网状结构的稀土Dy ³⁺掺杂YVO₄/TiO₂复合纤维. 通过X射线衍射、 扫描电子显微镜、 X射线光电子能谱、 N₂吸附-脱附、 紫外-可见漫反射光谱及荧光光谱等手段对材料的组成、 表面形貌和性能进行表征, 以光分解水产氢实验考察其光催化活性. 结果表明, Dy ³⁺∶YVO₄纳米枝与TiO₂纳米纤维相互交联构筑的纳米纤维网具有大比表面积, 可提供更多活性位点, 改善了多相光催化反应的传递过程; 稀土Dy ³⁺掺杂的YVO₄与TiO₂复合形成异质结相互促进, 在拓宽光谱响应范围、 提高太阳光利用率的同时使光生电子-空穴对得到较好分离, 从而提高了样品的光催化活性. 模拟太阳光照射下, Dy ³⁺∶YVO₄/TiO₂复合纤维光催化产氢速率达到8.63 mmol· h ^-1·g ^-1, 是纯TiO₂纳米纤维的10倍.     

TiO2柱层状HTiNbO5的合成及在环己酮肟气相Beckmann重排反应中的催化性能

钛酸异丙酯(TIP)、CH₃COOH和H₂O按体积比1∶16∶40混合后得到Ti(Ⅳ)多聚阳离子柱化液, 与正癸胺插层钛铌酸盐进行交换反应后制得钛(Ⅳ)多聚阳离子插层钛铌酸盐, 其层间距为1.70 nm. 在空气气氛中于623 K焙烧处理后, 所得产品能保持良好的层柱结构. 在空气气氛中于723 K焙烧后所得的TiO₂柱层状钛铌酸(TiO₂-HTiNbO₅), 其层间距为0.97 nm, 比表面积为89 m²/g. 以TiO₂-HTiNbO₅为载体, 用浸渍法制备了一系列B₂O₃负载量不同的负载型样品B₂O₃/TiO₂-HTiNbO₅, 考察了它们在环己酮肟气相Beckmann重排反应中的催化性能并测试了它们的红外光谱. B₂O₃/TiO₂-HTiNbO₅的催化性能优于TiO₂-HTiNbO₅. 在B₂O₃负载质量分数为7.31%的催化剂上, 环己酮肟转化率接近100%且在4.5 h内无明显改变, 己内酰胺选择性接近90%. 红外光谱分析结果表明, 当B₂O₃负载量很低时, 硼组分高度分散于载体TiO₂-HTiNbO₅表面, 并主要以BO₄结构形式存在; 当B₂O₃负载质量分数高于7.31%时, BO₃结构形式在数量上占优势. 将催化性能与红外光谱结果关联后可知, 对于负载型样品B₂O₃/TiO₂-HTiNbO₅, 表面的BO₃和BO₄两种结构形式在环己酮肟气相Beckmann重排反应中具有协同促进作用.     

表面键联型TiO2/SiO2固定化催化剂的结构及催化性能

 采用浸渍法制备了表面键联型TiO2／SiO2固定化光催化剂．XRD\r\n,FT－IR,XPS和BET比表面积测定结果表明,TiO2通过Ti－O－Si联结\r\n负载于多孔硅胶的表面,由此提出TiO2／SiO2的结构模型．考察了多孔\r\n硅胶的粒度及氧化钛负载量对催化剂活性的影响．对活性艳红K－2G（\r\nR15）的光催化脱色反应,最佳的光催化剂30％TiO2／SiO2（Ims30）比\r\nB－TiO2粉末的催化速率快3倍．随着载体粒度的减小,催化剂的比表面\r\n积增大,催化活性升高;多孔硅胶不仅起着支持体的作用,而且具有分\r\n散的作用;多孔硅胶具有很好的透光性．经ξ－电位测定,所制备催化\r\n剂的等电点为3．0pH单位,表明催化剂表面呈酸性．     

NanoTiO2-CNT复合膜电极在DMF溶液中对糠醛的异相电催化还原

通过在乙醇中电化学溶解Ti金属阳极合成前驱体Ti(OEt)4和溶胶-凝胶法在Ti表面修饰一层纳米TiO2-碳纳米管(nanoTiO2-CNT)复合膜, 采用循环伏安和电解合成法研究了nanoTiO2-CNT复合膜电极在N, N-二甲基甲酰胺(DMF)中的氧化还原行为以及对糠醛(furfural)还原的电催化活性. 结果发现, nanoTiO2-CNT电极在阴极扫描时有两对氧化还原峰, 可逆半波电位E r1/2 分别为－1.27 V和－2.44 V(vs SCE, 扫描速度100 mV•s-1), 分别对应于TiO2/Ti2O3氧化还原电对的可逆电极过程和TiO2/Ti(OH)3电对的准可逆电极过程；在DMF电解液中nanoTiO2-CNT复合膜中的Ti(IV)/Ti(III)氧化还原电对作为媒质间接电还原糠醛为糠醇, 反应机理为电化学偶联随后化学催化反应(EC′)机理.     

Effects of Carrier on CuO／TiO2 and CuO／Ti0.5Zr0.5O2 Catalysts in the NO＋CO Reaction

Using TiO2 and Ti0.5Zr0.5O2 as carriers, the CuO/TiO2 and CuO/Ti0.5Zr0.5O2 catalysts were prepared by the impregnation method with Cu(NO3)2 as active component. The catalytic activities in NO CO reaction were investigated using a microreactor-GC system, and structure and reducibility of catalysts were characterized by means of physical adsorption, TPR, XRD, NO-TPD technologies. It was found that the activity of CuO/Ti0.5Zr0.5O2 catalyst was higher than that of CuO/TiO2, probably due to the large specific surface area of Ti0.5Zr0.5O2 that played an important role in NO CO reaction.     

Effect of calcination temperature on structure and performance of Ni/TiO2-SiO2 catalyst for CO2 reforming of methane

The influence of calcination temperature on the structure and catalytic behavior of Ni/TiO2-SiO2 catalyst, for CO2 reforming of methane to synthesis gas under atmospheric pressure, was investigated. The results showed that the Ni/TiO2-SiO2 catalyst calcined at 700 ℃ had high and stable activity while the catalysts calcined at 550 and 850 ℃ had low and unstable activity. Depending on the calcination temperature, one, two, or three of the following Ni-containing species, NiO, Ni2.44Ti0.72Si0.07O4, and NiTiO3 were identified by combining the temperature programmed reduction （TPR） and X-ray diffraction （XRD） results. Their reducibility decreased in the sequence： NiO〉Ni2.44Ti0.72Si0.07O4〉NiTiO3. It suggests that high and stable activities observed over the Ni/TiO2-SiO2 catalyst calcined at 700 ~C were induced by the formation of Ni2.44Ti0.72Si0.07O4 and smaller NiO species crystallite size.     

STUDY ON APPLICATION OF POTASSIUM TITANATE WHISKER MATERIALS IN PREPARATION OF PHOTOCATALYST

The K2Ti4O9 whiskers were chosen for the catalyst carrier, TiO2/potassium titanate photocatalyst was prepared by Sol-gel method The product was characterated by X-ray diffraction and SEM. EDS shows that, the main peck included Ti, O, and K in potassium titanate whisker. The main peak of K disappeared and the peaks of Ti, O stayed after whisker was covered It directed that the surface of sample was covered by TiO2. XRD shows that diffraction peak appeared, which was corresponded to the peak of anatase TiO2. In the reaction device of photochemistry, using middle-pressure mercury lamp as illumination, rhodamine B as simulant pollutant, the photocatalytic performance of TiO2/potassium titanate was studied. Under the same conditions, the lower pH, the larger illuminance, the higher temperature, the greater aeration quantum and the lower initial concentration of rhodamine B, the higher decoloration rate was got. Under our experiment conditions： pH 6, the illuminance of 250W, the temperature of 313K, and the aeration quantum of 2.0L/min. When the concentration of rhodamine B was 8mg/L The photocatalyst of TiO2/potassium titanate was 0.01g/L. The decoloration rate of TiO2/potassium titanate dealt with the rhodamine B reach over 95% in 160min, and compare with TiO2, the decoloration rate of rhodamine B was improved 0.50-1.91 multiple. TiO2/potassium titanate can be used to treatment of dye wastewater.     

TiO2／Al2O3负载量对气相酯交换合成碳酸甲丙酯的影响

采用XRD、N2 physical adsorption、XPS、NH3-TPD和吡啶吸附IR等技术,对碳酸二甲酯和丙醇气固相合成碳酸甲丙酯的TiO2/Al2O3催化剂进行了表征.实验结果表明,TiO2/Al2O3表面的Lewis酸中心是反应的催化活性位,酸性主要来源于Al2O3,TiO2起修饰作用,有利于选择性生成碳酸甲丙酯.随着Ti负载量的增加,TiO2在Al2O3表面由高度分散状态向晶态转变,其比表面积逐渐降低,但是TiO2/Al2O3的表面酸性质没有受到显著影响,L酸量先是增加,而后略有下降.当Ti负载量为5%时,DMC的转化率及MPC的选择性分别达到54.3%和88.1%.     

丙烯在Au/TiO2催化剂上的化学吸附与临氢环氧化反应

环氧丙烷;丙烯环氧化;丙烯在Au/TiO2催化剂上的化学吸附与临氢环氧化反应     

局部化学法合成K0.5Bi0.5TiO3片状晶粒及其反应机理研究

以含铋层状Bi4Ti3O12(BIT)晶粒作为反应前驱体, 通过熔盐环境下的局部化学反应法制备了片状钛酸铋钾(K0.5Bi0.5TiO3, KBT)陶瓷粉体晶粒. 分析结果表明, 所制备的KBT陶瓷晶粒平均直径约为15～20 μm, 厚度小于2 μm. 分析了由含铋层状型BIT向钙钛矿型KBT片晶转化的形成机制, 并讨论了反应路径对最终产物形貌的影响规律.     

Synthesis of anatase TiO2 rods with dominant reactive {010} facets for the photoreduction of CO2 to CH4 and use in dye-sensitized solar cells

Single crystalline anatase TiO(2) rods with dominant reactive {010} facets are directly synthesized by hydrothermally treating Cs(0.68)Ti(1.83)O(4)/H(0.68)Ti(1.83)O(4) particles. The nanosized rods show a comparable conversion efficiency in dye-sensitized solar cells (DSSCs), and a superior photocatalytic conversion of CO(2) into methane to the benchmark P25 TiO(2) nanocrystals.