S掺杂S-TiO_2/SiO_2可见光响应光催化剂的制备及性能

以四氯化钛为钛源,硫脲为硫源,采用液相水解-沉淀法制备了S掺杂的TiO2/SiO2(S-TiO2/SiO2)催化剂,并以苯酚为模型物,考察了催化剂在可见光区、紫外光区和太阳光下的光催化活性,以及催化剂的使用寿命和分离性能.采用X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱、紫外-可见漫反射光谱、X射线衍射、透射电镜及N2吸附-脱附等技术对催化剂进行了表征.结果表明,S以+6价形式进入TiO2体相并置换晶格中的Ti4+,适量S掺杂的S-TiO2/SiO2在紫外光区、可见光区和太阳光下均表现出较高的光催化活性.SiO2与TiO2界面间有Ti-O-Si键形成,结合牢固.S掺杂在TiO2表面生成Ti-O-S键,形成新的能级结构,使光催化剂在450～550nm产生吸收,诱发TiO2可见光催化活性;同时提高了TiO2表面羟基数量.SiO2的加入可减小TiO2颗粒的平均尺寸,增大催化剂的比表面积,改善催化剂的分离性能,提高催化剂的使用寿命.     

N、F共掺杂可见光响应介孔TiO2光催化剂:纤维素模板剂合成及活性

以纤维素为模板剂,TiCl4为钛源,采用液相水解-沉淀法制备了浅黄色的N、F共掺杂可见光响应介孔TiO2催化剂(TiONF)。以苯酚为模型物,考察了TiONF在紫外光区、可见光区及太阳光下催化活性;采用X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外(FTIR)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、X射线衍射(XRD)、热重/量热扫描(TG/DSC)、透射电镜(TEM)及低温N2物理吸附-脱附等技术对TiONF催化剂的结构进行了表征。结果表明,以纤维素为模板剂合成适量N、F共掺杂的TiONF催化剂在紫外光区、可见光区及太阳光下均表现出较高的活性,且高于无模板剂合成的TiONF催化剂的活性。N、F共掺杂提高了TiO2表面羟基数量和锐钛矿相TiO2向金红石相转变的温度;N掺杂形成新的能级结构,诱发TiO2可见光催化活性;F掺杂促进TiO2粒子表面氧空穴产生,致使TiO2粒子表面酸度和Ti3+增加。另外,纤维素的加入可减小TiONF颗粒平均尺寸,改善催化剂分散性,提高催化剂比表面积。     

酸催化水解法制备可见光响应N掺杂纳米TiO2催化剂

 以TiCl4为钛源,采用酸催化水解法合成了TiO2前驱体,在NH3/N2气氛中经程序升温处理制得不同N掺杂量的TiO2可见光响应催化剂. 以苯酚为模型物,考察了催化剂在可见光及紫外光区的催化活性. 采用X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、傅里叶变换红外光谱、扫描电镜和低温氮物理吸附对光催化剂的晶相结构、光谱特征和表面结构进行了表征. 结果表明,掺杂N后锐钛矿TiO2的可见光催化活性显著提高,在500 ℃焙烧5 h制得的催化剂在可见光区及紫外光区均表现出最高的光催化活性. N掺杂对TiO2的晶粒大小、比表面积和晶相结构影响不大. 适量N掺杂可在TiO2表面形成Ti-O-N键,形成了新的能级结构,使催化剂的吸收带边红移至490～550 nm; 同时该结构也可有效提高TiO2的紫外光催化活性.     

S掺杂宽光域响应Ti1-xSyO2光催化剂的制备及表征

以TiCl4和硫脲为主要原料, 采用酸催化水解法制得浅黄色S掺杂Ti1-xSyO2光催化剂. 以苯酚为模型物, 考察了Ti1-xSyO2在可见光区、紫外光区及太阳光下的催化活性. 采用XPS、DRS、XRD、FT-IR、SEM、低温氮物理吸附对光催化剂进行表征. 结果表明, 掺杂S以S6+形式置换TiO2晶格中的Ti4+, 适量S 掺杂的Ti1-xSyO2在可见光区、紫外光区及太阳光下均表现出较高的光催化活性.掺杂S 在TiO2表面形成新的能级结构, 使催化剂吸收红移至450-550 nm, 诱发可见光催化活性;紫外光照射下, 新形成的能级结构与体相TiO2形成复合半导体结构, 捕获光生空穴, 提高光生电子鄄空穴分离效率.同时, S掺杂可以改善TiO2的分散性, 增加其比表面积SBET并提高相转变温度.     

N掺杂对TiO2形态结构及光催化活性的影响

以TiCl₄为钛源,采用酸催化水解法合成TiO₂前驱体,在NH₃/N₂气氛下经不同温度处理制得浅黄色的N掺杂TiO₂(TON)光催化剂。以苯酚为模型物,考察了催化剂在紫外光区、可见光区及太阳下催化活性;采用DRS、XPS、XRD、FTIR、SEM及低温氮物理吸附对光催化剂的晶相结构、光谱特征和表面结构等进行表征。系统研究了N掺杂对TiO₂形态结构及光催化活性的影响。结果表明,掺杂N以阴离子形式进入TiO₂体相中置换晶格中的O,适宜温度下制得适量N掺杂的TON在紫外光区、可见光区及太阳光下均表现出较高的活性。N掺杂在TiO₂表面生成Ti-O-N键,形成新的能级结构,使催化剂的吸收红移至450～550 nm,诱发TiO₂可见光催化活性。同时高温下煅烧,N掺杂可抑制TiO₂晶粒生长,减缓TiO₂粒子间团聚,提高锐钛矿相向金红石相转变温度,减缓相转化速度。     

可见光响应Gd-N-TiO2纳米光催化剂的溶胶-水热制备及表征

利用溶胶-水热法制备了未掺杂、N掺杂、Gd掺杂和Gd-N共掺杂TiO2纳米光催化剂,以甲基橙(MO)溶液在紫外光和可见光照射下的光催化脱色评价其光活性;采用XRD、XPS、BET、UV-Vis和PL分析技术表征样品的物理化学性能,探讨Gd-N共掺杂对TiO2光活性的影响机制。结果表明,Gd掺杂能有效抑制光生e-/h+的复合,提高光量子效率;抑制TiO2晶粒生长,改善样品表面织构特性,明显提高紫外光活性。N掺杂窄化TiO2带隙,拓宽光吸收范围至可见光区,从而提高了可见光活性。Gd-N共掺杂进一步窄化带隙增加可见光吸收,减小晶粒尺寸,改善样品的表面织构特性,增强织构的热稳定性。与单掺杂样品相比,Gd-N-TiO2在可见光照射下对MO的光催化脱色活性进一步提高,这归因于Gd-N共掺杂的协同效应。     

离子液体-水混合介质中合成N、F共掺杂宽光域响应多孔TiO2光催化剂及性能

以TiCl4为钛源,离子液体-水为混合溶剂,采用液相水解-沉淀法制得浅黄色的N、F共掺杂宽光域响应多孔TiO2光催化剂(TiONF).以苯酚为模型物,考察了TiONF在紫外光区、可见光区及太阳光下催化活性.采用X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱及低温N2吸附-脱附等技术对TiONF的结构进行表征.结果表明,在离子液体-水混合介质中合成适量N、F共掺杂的TiO2在紫外光区、可见光区及太阳光下均表现出较高的活性,且高于纯水介质中合成TiONF的活性.离子液体-水混合介质有利于N、F进入TiO2晶格中;N、F共掺杂后在TiO2表面生成Ti―O―N键,形成新的能级结构,使催化剂的吸收红移至450-530nm,诱发TiO2可见光催化活性;同时,N、F共掺杂提高了TiO2表面羟基数量;还提高了TiO2相转变温度,减缓了相转变速率.另外,在离子液体-水混合介质中合成的TiONF较纯水介质中合成的TiONF粒子小、分散性好、比表面积大.     

氮掺杂TiO2/SiO2核壳型复合微球的制备及其可见光催化性能

 以单分散性良好的SiO2微球为模板,以钛酸四丁酯为钛源,利用化学吸附和原位水解方法制备了TiO2/SiO2核壳结构复合微球,并在氨气气氛下进行了氮掺杂. 以罗丹明B水溶液的光催化降解为模型反应,评价了所制试样在可见光照射下的光催化活性,并借助透射电镜、高分辨透射电镜、 X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、红外光谱和X射线光电子能谱等测试手段对其结构、形貌和光谱性质进行了表征. 结果表明,氮掺杂TiO2/SiO2为核壳结构, TiO2包覆层厚约10 nm. 由于SiO2核与TiO2壳间形成了 Ti-O-Si 键, TiO2的热稳定性增强. 掺杂的氮形成了 Ti-O-N 键. 600 ℃下氮化1 h得到的试样的可见光活性最佳. 由于结合了SiO2核优良的吸附性能及氮掺杂TiO2壳的可见光响应性能,该复合微球在整体上表现出比P25更优的光催化活性.     

P掺杂量对纳米TiO2结构及其光催化甘油水溶液制氢性能的影响

以钛酸丁酯为前驱体,以NaH2PO4为掺杂离子给体,采用溶胶-凝胶法制备了系列P掺杂的TiO2光催化剂,运用N2吸附-脱附、透射电子显微镜、X射线衍射、傅里叶变换红外吸收光谱、激光拉曼光谱、紫外-可见光漫反射等技术对催化剂进行了表征.结果表明,适量掺杂的P可以进入TiO2骨架中,而掺杂量过高时,P将溶解于TiO2晶格间隙中;P掺杂后的TiO2均为具有介孔结构的锐钛矿晶型纳米颗粒,其晶粒变小,分散度明显提高.适量P掺杂增大样品的比表面积,并使得TiO2禁带内引入杂质能级,降低了禁带能量,增加了光生电子和空穴的分离性能,提高了TiO2的吸光性能.光催化甘油水溶液制氢反应结果表明,P掺杂的TiO2表现出远高于纯TiO2的光催化活性;5%P掺杂样品在紫外光和模拟太阳光辐射下,其最高产氢速率可分别达1838和209μmol/(g.h).这与掺P后晶粒变小、比表面积增大、禁带能量降低以及光生电子和空穴的分离性能增加有关.     

N、F共掺杂TiO2可见光响应光催化剂的酸催化水解法制备及表征

采用酸催化水解法由TiCl4、NH4F混合液合成N、F共掺杂可见光响应TiO2光催化剂(TONF). 以苯酚为模型物, 考察了催化剂在可见光区、紫外光区的催化活性. 采用X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及低温氮物理吸附对光催化剂的晶相结构、光谱特征和表面结构等进行表征. 结果表明, 适量的N、F共掺杂TONF催化剂表现出较高的可见光催化活性. N、F共掺杂可显著提高TiO2分散性能, 促进锐钛矿相的形成, 抑制其向金红石相转变, 提高相转变温度. N掺杂可提高TiO2在可见光区的吸收; F掺杂可使TiO2能隙变窄.     

Synthesis of nanosized TiO2/SiO2 catalysts by the ultrasonic microemulsion method and their photocatalytic activity

Nanosized TiO₂/SiO₂ catalysts prepared by hydrolysis of titanium n-butoxide in microemulsion showed enhanced photocatalytic activity. In the presence of catalyst ME-2 and after 90 min irradiation by UV light, methylene blue was completely converted evidenced by the absence of its absorption band in the UV-Vis spectra. This catalyst demonstrated much better degradation ability than P-25 and naked TiO₂.     

SiO2/TiO2-xCx/C的制备、表征及其吸附和可见光催化性能

以SiO2为成核中心,钛酸四丁酯为钛源,分别以多羟基化合物乙二醇、丙三醇、葡萄糖和聚乙烯醇为联接剂,采用水解沉淀法制备了碳掺杂和包覆的多孔SiO2/TiO2-xCx/C可见光响应型光催化剂。采用X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换-红外光谱(FTIR)、比表面积(BET)和紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱对样品进行表征。对不同结构样品的形成机理进行了分析。以次甲基蓝(MB)溶液为模拟废水,对样品的吸附性能和可见光催化性能进行了评价。结果表明,多羟基化合物对材料的结构和性能有重要影响。碳的掺杂和包覆使材料的吸收光谱包含了整个可见光区,而多孔结构使材料的吸附性能得到提高。以聚乙烯醇为原料所得样品吸附性能最好,30 min内吸附率达到70%;而以丙三醇为原料所得样品具有最好的可见光催化性能,40 min内次甲基蓝的降解率达到95%。     

可磁分离二氧化钛光催化剂的制备及其光催化性能

通过液相催化相转化的方法制备了一种可磁分离的光催化剂TiO₂/SiO₂/NiFe₂O₄(TSN),这种光催化剂显示出了超顺磁性,能够通过外加磁场方便的实现催化剂在水中的分离与回收。该光催化剂的X-射线衍射和TEM结果表明：纳米TiO₂颗粒包裹在磁性颗粒-SiO₂/NiFe₂O₄(SN)的周围形成TiO₂层。利用光催化降解甲基橙的效果来考察了这种光催化剂的活性,结果表明：在NiFe₂O₄和TiO₂之间包覆一层无定型的SiO₂,可以显著的提高催化剂的脱色效果,3次循环后,仍能保持良好的催化活性。     

静电自组装制备纳米TiO2/SiO2光催化材料

采用静电自组装方法制备了纳米TiO2/SiO2光催化材料。采用巯丙基三甲氧基硅烷偶联剂对SiO2进行干法改性,采用双氧水/冰醋酸将偶联剂巯基基团氧化为磺酸基基团。在正负电荷的吸引下,带负电荷的SiO2与带正电荷的钛聚合阳离子自发地组装在一起,经一定温度热处理得到纳米TiO2/SiO2光催化材料。采用XRD、FTIR、PL、UV-Vis DRS、SEM和ICP等对材料进行了分析和表征。采用甲基橙溶液评价材料的光催化性能。结果表明:SiO2促使锐钛矿的形成,抑制锐钛矿向金红石的转变,减小TiO2的晶粒尺寸,使得TiO2光吸收波长发生蓝移。TiO2与SiO2通过Si-O-Ti键发生结合。采用静电自组装方法制备的材料中TiO2的含量高于传统方法,导致材料的光催化性能有所提高。     

Gd-N共掺杂SrTiO3/TiO2复合纳米纤维制备及光催化性能

以静电纺丝技术制备的TiO_2纳米纤维为基质和反应物,结合一步水热法制得Gd-N共掺杂SrTiO_3/TiO_2复合纳米纤维光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)和荧光光谱(PL)等方法对其微观结构、形貌和光学性能进行表征。结果表明:SrTiO_3和TiO_2形成异质结能够使光生电子和空穴得到很好的分离,而Gd-N共掺杂产生新带隙,可以拓宽光谱响应范围至可见光区,并引起晶格缺陷,成为光生电子-空穴对的浅势捕获阱。Gd-N共掺杂与异质结的协同作用有效提高了SrTiO_3/TiO_2复合纳米纤维的可见光催化活性。     

中空Ta_2O_5/TiO_2复合光催化剂的可控氧化制备及性能

以钛粉、钽粉为原料,炭黑作为反应性模板,通过熔盐法在炭黑表面原位生长了TaTiC_2纳米碳化物涂层,并以所得TaTiC_2/C复合物为碳化物前驱体,再经可控氧化制备出中空Ta_2O_5/TiO_2复合光催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见(UV-Vis)漫反射(DRS)及N2物理吸附等手段对所制备的光催化剂进行形貌、显微结构及孔结构表征。以高压汞灯为紫外光源,以亚甲基蓝为目标降解物,通过光催化降解实验评价中空Ta_2O_5/TiO_2复合光催化剂的光催化活性。结果表明,熔盐法生长碳化物涂层厚度均匀(20~30 nm),碳化物主要以TaTiC_2晶相存在且具有纳米级的颗粒尺寸。中空Ta_2O_5/TiO_2复合光催化剂同时具有200 nm左右的中空大孔结构及壳层10 nm左右的介孔结构。中空大孔和介孔的存在提高了所制备催化剂对亚甲基蓝的吸附能力。此外,TiO_2与Ta2O5通过电子能带结构的耦合,有效提高了光生电子和空穴的分离效率,从而显著提高了光催化活性。nTi∶nTa=2.5∶1.5时,相应的中空Ta_2O_5/TiO_2复合光催化剂表现出最佳的光催化活性,对亚甲基蓝的紫外光催化降解率高达97%。     

中空Ta2O5/TiO2复合光催化剂的可控氧化制备及性能

以钛粉、钽粉为原料,炭黑作为反应性模板,通过熔盐法在炭黑表面原位生长了TaTiC₂纳米碳化物涂层,并以所得TaTiC₂/C复合物为碳化物前驱体,再经可控氧化制备出中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂。采用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、紫外-可见（UV-Vis）漫反射（DRS）及N₂物理吸附等手段对所制备的光催化剂进行形貌、显微结构及孔结构表征。以高压汞灯为紫外光源,以亚甲基蓝为目标降解物,通过光催化降解实验评价中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂的光催化活性。结果表明,熔盐法生长碳化物涂层厚度均匀（20~30 nm）,碳化物主要以TaTiC₂晶相存在且具有纳米级的颗粒尺寸。中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂同时具有200 nm左右的中空大孔结构及壳层10 nm左右的介孔结构。中空大孔和介孔的存在提高了所制备催化剂对亚甲基蓝的吸附能力。此外,TiO₂与Ta₂O₅通过电子能带结构的耦合,有效提高了光生电子和空穴的分离效率,从而显著提高了光催化活性。n_Ti∶n_Ta=2.5∶1.5时,相应的中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂表现出最佳的光催化活性,对亚甲基蓝的紫外光催化降解率高达97%。     

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.     

超临界流体干燥法制备纳米TiO2-SnO2-SiO2复合光催化剂及其光催化性能研究

半导体多相光催化法作为一种污染治理新技术越来越受到人们的重视,在所使用的半导体光催化剂中,TiO2以无毒,催化活性高,价廉,无污染等特点,成为最具有前途的绿色环保型催化剂之一[1],但其自身具有局限性,如禁带宽度大,需在近紫外光下才能激发产生电子空穴对,对太阳光的利用率仅     

Synthesis of nanosized TiO2/SiO2 particles using microwave processes and their photocatalytic activity on the decomposition of orange II

The nanosized titania and TiO₂/SiO₂ particles were prepared by the microwave-hydrothermal method. The effect of physical properties TTIP/TEOS ratio and calcination temperature has been investigated. The major phase of the pure TiO₂ particle is of the anatase structure, and a rutile peak was observed above 800°C. In TiO₂/SiO₂ particles, however, no significant rutile phase was observed, although the calcination temperature was 900°C. No peaks for the silica crystal phase were observed at either silica/titania ratio. The crystallite size of TiO₂/SiO₂ particles decreases as compared to pure TiO₂ at high calcination temperatures. The TiO₂/SiO₂ particles show higher activity on the photocatalytic decomposition of orange II as compared to pure TiO₂ particles.