光电流法研究TiO2薄膜表面吸附氧对光催化活性的影响

采用溶胶-凝胶法制备了锐钛矿型和金红石型TiO2薄膜, 利用光电流和XPS技术研究了薄膜表面吸附氧对不同晶型TiO2光催化活性的影响. 并通过降解纯的环己烷溶液的实验来评估不同晶型TiO2的光催化活性. 结果表明, 在相同条件下, 锐钛矿型TiO2比金红石型具有明显的光催化活性. 这是由于锐钛矿型TiO2比金红石型TiO2具有较强的吸附氧的能力, 同时其光生电子与空穴的复合率相对较小所致.     

表面相结结构在促进光催化电荷分离中的应用

二十世纪八十年代以来,特别是近十年,光催化研究在利用可再生能源太阳能的道路上飞速发展。越来越多的研究表明,相结结构的构筑是有效提高半导体光催化剂性能的重要策略。其中, TiO2作为重要的模型光催化剂,其相关研究成果呈现出指数增长的趋势。本综述围绕TiO2模型光催化剂,主要介绍TiO2表面相结的研究成果,包括TiO2表面相的表征、锐钛矿：金红石TiO2相结用于光催化产氢研究、TiO2相结在光催化中作用的最新认识等。在表征方面,通过表面灵敏的紫外拉曼光谱研究了TiO2相变过程中表面相结构的变化,结合可见拉曼以及XRD表征揭示了TiO2独特的相变过程,即相变始于锐钛矿粒子的界面处,小粒子逐渐团聚为大粒子,致其相变从大粒子体相开始最终扩展到整个粒子。使用CO, CO2探针红外光谱,根据锐钛矿和金红石表面吸附物种的差异,进一步证实了锐钛矿：金红石表面相结结构,为紫外拉曼光谱的表面表征特性提供坚实证据。同时,利用发光光谱观察到锐钛矿晶相的可见发光带和金红石晶相的近红外发光带,并基于此给出了TiO2材料表面相结结构的荧光表征新方法。此外荧光光谱还提供了锐钛矿、金红石相中载流子动力学信息,揭示了束缚态在光催化中的作用。在光催化应用方面,观察到混相结构TiO2较单独锐钛矿及金红石相具有更高的光催化产氢活性,通过在较大金红石颗粒上担载纳米锐钛矿粒子,证明了相结结构在提高光催化活性中的核心作用,并首次提出了锐钛矿：金红石表面异相结结构概念,推断其对电荷分离的促进作用是最终提高反应活性的原因。之后将此概念应用到改善商品TiO2(P25)光催化活性中,通过可控热处理精细调控P25的表面相结构,在光催化重整生物质衍生物产氢实验中,成功将P25光催化产氢活性提高3?5倍。之后发展了新的TiO2表面控制方法,通过加入Na2SO4等相变控制剂,延缓了TiO2从锐钛矿向金红石的相变过程,在较高温度下实现TiO2相结结构的调控,最终可将P25光催化重整甲醇制氢的活性提高6倍,同时通过高分辨电镜清晰观察到锐钛矿：金红石相结的原子层生长接触。在相结作用机理方面,多种时间分辨光谱技术以及理论计算被用作探索锐钛矿：金红石相结处的电子转移机理。通过时间分辨红外光谱对TiO2表面相结结构作用的研究,特别是利用锐钛矿、金红石不同的瞬态吸收光谱特征,证明了锐钛矿：金红石相结处的载流子转移过程,存在锐钛矿向金红石的电子转移过程。模型光催化剂TiO2相结的研究成果,加深了对光催化机理的认识,促进新型高效光催化体系的设计合成。     

表面相结结构在促进光催化电荷分离中的应用（英文）

二十世纪八十年代以来,特别是近十年,光催化研究在利用可再生能源太阳能的道路上飞速发展.越来越多的研究表明,相结结构的构筑是有效提高半导体光催化剂性能的重要策略.其中,TiO2作为重要的模型光催化剂,其相关研究成果呈现出指数增长的趋势.本综述围绕TiO2模型光催化剂,主要介绍TiO2表面相结的研究成果,包括TiO2表面相的表征、锐钛矿:金红石TiO2相结用于光催化产氢研究、TiO2相结在光催化中作用的最新认识等.在表征方面,通过表面灵敏的紫外拉曼光谱研究了TiO2相变过程中表面相结构的变化,结合可见拉曼以及XRD表征揭示了TiO2独特的相变过程,即相变始于锐钛矿粒子的界面处,小粒子逐渐团聚为大粒子,致其相变从大粒子体相开始最终扩展到整个粒子.使用CO,CO2探针红外光谱,根据锐钛矿和金红石表面吸附物种的差异,进一步证实了锐钛矿:金红石表面相结结构,为紫外拉曼光谱的表面表征特性提供坚实证据.同时,利用发光光谱观察到锐钛矿晶相的可见发光带和金红石晶相的近红外发光带,并基于此给出了TiO2材料表面相结结构的荧光表征新方法.此外荧光光谱还提供了锐钛矿、金红石相中载流子动力学信息,揭示了束缚态在光催化中的作用.在光催化应用方面,观察到混相结构TiO2较单独锐钛矿及金红石相具有更高的光催化产氢活性,通过在较大金红石颗粒上担载纳米锐钛矿粒子,证明了相结结构在提高光催化活性中的核心作用,并首次提出了锐钛矿:金红石表面异相结结构概念,推断其对电荷分离的促进作用是最终提高反应活性的原因.之后将此概念应用到改善商品TiO2(P25)光催化活性中,通过可控热处理精细调控P25的表面相结构,在光催化重整生物质衍生物产氢实验中,成功将P25光催化产氢活性提高3-5倍.之后发展了新的TiO2表面控制方法,通过加入Na2SO4等相变控制剂,延缓了TiO2从锐钛矿向金红石的相变过程,在较高温度下实现TiO2相结结构的调控,最终可将P25光催化重整甲醇制氢的活性提高6倍,同时通过高分辨电镜清晰观察到锐钛矿:金红石相结的原子层生长接触.在相结作用机理方面,多种时间分辨光谱技术以及理论计算被用作探索锐钛矿:金红石相结处的电子转移机理.通过时间分辨红外光谱对TiO2表面相结结构作用的研究,特别是利用锐钛矿、金红石不同的瞬态吸收光谱特征,证明了锐钛矿:金红石相结处的载流子转移过程,存在锐钛矿向金红石的电子转移过程.模型光催化剂TiO2相结的研究成果,加深了对光催化机理的认识,促进新型高效光催化体系的设计合成.     

TiO2纳米粒子制备方法对其光催化活性的影响

分别用胶溶法、金属醇盐水解法和低温水解法制备了TiO2纳米粒子;采用XRD和BET技术,测试了TiO2粒子的粒径、晶型及表面积。以庚烷的气相光催化氧化为探针反应,考察了不同方法、不同温度处理的TiO2粒子的光催化活性。结果表明,以胶溶法和金属醇盐水解法制备的TiO2粒子,随焙烧温度的增加TiO2粒子长大,晶型由锐钛矿向金红石型转变,光催化活性降低。用低温水解法,可在低温下制得金红石型TiO2粒子,但其催化活性很低。说明由原料和制备方法所决定的TiO2粒子的物理化学性质,影响其光催化行为。锐钛矿型TiO2粒子催化活性较金红石型TiO2好。这是由于前者的表面羟基含量较高且带隙能较大的缘故。     

微乳法合成纳米SiO2/TiO2及其光催化性能

采用聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)/正己醇/环己烷/氨水微乳体系合成了纳米TiO2和SiO2/TiO2复合物,用X射线衍射、红外光谱和透射电镜对其结构进行了表征,并以甲基橙降解评价了其光催化性能,讨论了SiO2/TiO2摩尔比、晶相组成及粒径与光催化活性的关系.结果表明,SiO2/TiO2催化剂中形成了新的Ti-O-Si键和无定形SiO2;在纳米TiO2中复合SiO2能有效抑制锐钛矿向金红石的转变,增加锐钛矿的稳定性,并阻止TiO2晶粒的聚集生长.催化剂的光催化活性随金红石含量的增加而降低,加入适量SiO2能明显提高TiO2的光催化活性,其中摩尔比为1/7的SiO2/TiO2光催化活性最高.     

锐钛矿型纳米TiO2粉体的精细结构及其光催化降解苯酚的活性

  摘要：以Ti（SO4）2·4H2O和尿素为原料，以聚乙二醇－1000为空间构 造剂，制备了不同粒径的具有高热稳定性的锐钛矿型纳米TiO2粉体，并 用XRD，BET和EXAFS技术对其晶相、粒径大小、比表面积及中心Ti原子 的K－边精细结构进行了表征，对其光催化降解苯酚反应的活性进行了 考察．结果表明，未经任何热处理的TiO2粉体即为锐钛矿型晶相，控制 焙烧温度可以达到控制其粒径及比表面积的目的．经850℃焙烧5h的样 品仍保持锐钛矿型晶相，未出现向金红石型晶相转变的迹象．随着纳米 TiO2晶粒的增大，Ti原子局域结构的有序度增强，边前结构A1，A2和A 3三个特征峰的强度增强，各壳层的配位数均呈增大的趋势．粒径处于 15～20nm的锐钛矿型TiO2粉体对光催化降解苯酚表现出较高的活性．     

聚乙二醇对纳米二氧化钛性质和应用的影响

二氧化钛纳米晶光催化材料是近年来发展起来的新型环境友好材料,国内外研究者在利用二氧化钛纳米晶光催化降解苯酚、氯酚、甲醛等污染物方面做了大量的研究工作。研究表明TiO2的3种晶型,锐钛矿型、金红石型和板钛矿型中,有光催化作用的主要是锐钛型和金红石型,其晶型和晶粒大小     

La2O3掺杂TiO2光催化剂的制备和性能

采用溶胶-凝胶法制备了La2O3掺杂TiO2纳米光催化剂，并通过XRD、TEM、BET和XPS等手段进行了表征．掺入La2O3后，阻止了TiO2从锐钛矿晶型向金红石晶型的转变，使TiO2的粒径减小，比表面积增大．以甲基橙为光催化降解反应模型化合物，考察了光催化剂的活性．测定了甲基橙在纯TiO2和La2O3掺杂TiO2光催化剂上的吸附常数．考察了pH、H2O2对降解性能的影响．讨论了光催化活性与催化剂性质的关系．     

均相水解法制备金红石含量可控的纳米TiO2

用均相水解法通过调节对甲苯磺酸的添加量制备了金红石含量线性可控的纳米TiO2粒子，相同条件下，没有加入对甲苯磺酸时，制备的TiO02颗粒为纯锐钛矿晶型．制备的纳米TiO2颗粒，其单晶尺寸为19．5mm(金红石)，13．5mm(锐钛矿)，比表面积72．7m^2／g，通过公式计算得到了制备的TiO2纳米颗粒带隙能为2．83eV，比P25和纯锐钛矿纳米TiO2颗粒的带隙能均低．     

碳和钇共掺杂对混相TiO2光催化性能的影响

TiO2因其毒性低、稳定性高、制备成本低廉而获得广泛应用,特别是作为光催化剂在降解环境污染物方面受到了广泛关注;然而,纯TiO2较大的光生载流子复合率和较宽的带隙限制了其应用.元素掺杂作为一种拓宽光催化剂光吸收能力的方法广泛应用于各种光催化剂的修饰改性,而两种具有光催化性能的TiO2相共存则能有效抑制光生载流子的复合,因此采取合适的方法有效利用这两种TiO2改性的方法制备得到更具实际应用潜质的光催化剂具有一定的可行性.本文通过简单的溶胶-凝胶过程向锐钛矿相与金红石相组成的混相TiO2中共掺杂碳和钇得到了一种活性较高的可见光响应光催化剂.采用粉末X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱和透射电镜等表征手段研究了碳和钇掺杂对TiO2结构的影响,发现碳掺杂有利于金红石相的形成且材料具有更大的晶粒尺寸,钇掺杂则有利于锐钛矿相的形成且能细化材料的晶粒尺寸,提高材料的比表面积,导致材料更好的光催化活性.材料在30 W荧光灯光照条件下的光催化降解亚甲基蓝(MB)性能的研究显示,C-Y-TiO2样品具有比单掺杂和未掺杂样品更高的光催化活性,其顺序为C-Y-TiO2>Y-TiO2>C-TiO2>TiO2≈P25.此外,降解反应动力学研究表明C-Y-TiO2样品光降解MB的速率是未掺杂样品在相同条件下降解速率的3.5倍.不同钇掺杂含量样品的结构和光催化降解MB的研究结果表明,钇掺杂显著促进了锐钛矿相TiO2的形成.这说明钇可能仅掺杂进入锐钛矿相,因此合适的钇掺杂量才能有效形成最优化的光催化性能的混相TiO2.不同热处理温度下获得的样品的光降解MB特性也表明,一定的热处理温度有利于合适的锐钛矿相和金红石相的组成,从而有利于相间的协同效应.紫外-可见光谱和荧光光谱表征分析表明,碳和钇的掺杂都拓展了其吸收光谱到可见光区域,且抑制了光生电子和空穴对的复合,进而提高了材料的光催化活性.碳和钇共掺杂的混相TiO2具有较高可见光光催化活性的主要原因有两个方面:一是元素掺杂减小了TiO2的带隙使得材料具有可见光响应;二是金属和非金属元素在锐钛矿相与金红石相TiO2中不同的掺杂特性形成的协同效应,抑制了光生电子和空穴的复合.     

形态结构和光电特性对纳米TiO2光催化性能的影响

采用sol-gel法制备了系列纳米TiO2光催化剂,运用X射线衍射、BET比表面测定、紫外漫反射吸收光谱和表面光电压谱等手段对催化剂进行表征,并以乙烯作为光催化反应的指标反应分子,研究了TiO2纳米晶的性质对于光催化活性的影响.随着焙烧温度的升高,TiO2的晶粒逐渐增大,比表面积下降,晶相由锐钛矿向金红石转变,其吸收带边与光伏响应阈值向长波方向移动,氧化－还原能力降低,降解乙烯的转化率迅速下降.     

种子层对TiO2纳米棒阵列取向生长及界面态的影响

利用水热法制备了金红石相的单晶TiO2纳米棒阵列, 利用扫描电子显微镜(SEM)、Ｘ射线衍射仪(XRD)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)以及表面光电压谱仪(SPS)研究了其形貌、结构以及光电性质. 通过不同生长基底对比实验发现F掺杂SnO2导电玻璃基底和种子层对纳米棒阵列的生长起决定作用, TiO2种子层与SnO2:F基底晶格匹配, 有利于晶体外延生长, 使TiO2纳米棒阵列的取向性更强. 根据场调制表面光电压测量结果, 金红石相的TiO2与基底界面处的能带向上弯曲, 在FTO/TiO2界面存在大量界面态, 这些界面态可能成为光生载流子的复合中心. 实验结果表明引入种子层不仅有利于TiO2纳米棒的取向生长, 而且极大地减少界面态, 有望提高电荷的收集效率.     

Effects of surface oxygen vacancies on photophysical and photochemical processes of Zn-doped TiO2 nanoparticles and their relationships

In this paper, TiO(2) nanoparticles doped with different amounts of Zn were prepared by a sol-gel method and were mainly characterized by means of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), photoluminescence (PL), and surface photovoltage spectrum (SPS). The effects of surface oxygen vacancies (SOVs) of Zn-doped TiO(2) nanoparticles on photophysical and photocatalytic processes were investigated along with their inherent relationships. The results show that the SOVs easily bind photoinduced electrons to further give rise to PL signals. The SOVs can result in an interesting sub-band SPS response near the band edge in the TiO(2) sample consisting of much anatase and little rutile, except for an obvious band-to-band SPS response. Moreover, the intensities of PL and SPS signals of TiO(2), as well as the photocatalytic activity for degrading phenol solution, can be enhanced by doping an appropriate amount of Zn. These improvements are mainly attributed to the increase in the SOV amount. It can be suggested that the SOVs should play an important role during the processes of PL, surface photovoltage, and photocatalytic reactions, and, for the as-prepared TiO(2) samples doped with different amounts of Zn by thermal treatment at 550 degrees C, the larger the SOV amount, the stronger the PL and SPS signal, and the higher the photocatalytic activity.     

Preparation and characterization of porous TiO_2/ZnO composite nanofibers via electrospinning

<正>Porous TiO_2/ZnO composite nanofibers have been successfully prepared by electrospinning technique for the first time.It was generated by calcining TiO_2/ZnCl_2/PVP[PVP:polyvinyl pyrrolidone)]nanofibers,which were electrospun from a mixture solution of TiO_2,ZnCl_2 and PVP.Transmission electron microscopy(TEM) and X-ray diffraction(XRD) analyses were used to identify the morphology of the TiO_2/ZnO nanofibers and a formation of inorganic TiO_2/ZnO fibers.The porous structure of the TiO_2/ZnO fibers was characterized by N_2 adsoption/desorption isotherm.Surface photovoltage spectroscopy(SPS) and photocatalytic activity measurements revealed advance properties of the porous TiO_2/ZnO composite nanofibers and the results were compared with pure TiO_2 nanofibers,pure ZnO nanofibers and TiO_2/ZnO nanoparticles.     

TiO2纳米带表面光伏特性的研究

近年来, 一维结构的纳米带由于其不同于管、线材料的新颖结构以及独特的光电性能而受到广泛关注. 人们通过各种方法合成了氧化锌、硫化镉和氧化锡等纳米带材料[1,2]. 纳米TiO2以其优异的光电性能和高的化学稳定性而被广泛应用于太阳能电池、光催化降解等诸多领域[3], 从而成为研究热点, 最近其纳米带的制备也有报道[4].     

TiO2晶型对Au/TiO2上光催化分解臭氧的影响

以不同晶型TiO2为载体,采用沉积-沉淀法制备了Au/TiO2光催化剂,并用紫外-可见漫反射光谱、X射线光电子能谱(XPS)和表面光电压谱(SPS)等手段进行了催化剂表征,详细考察了Ti O2晶型对Au/TiO2光催化分解臭氧活性的影响.结果表明,光催化分解臭氧的活性顺序为Au/P25>Au/Anatase>Au/Rutile,这与不同的单一Ti O2对光催化臭氧分解的活性顺序是一致的.但在TiO2上沉积金后,其对光催化臭氧的分解活性有了显著的提高.由催化剂的Au4fXPS分析发现,不同晶型Ti O2上的电荷向金簇迁移的能力有明显差异,加之载体本身对光催化臭氧分解活性不同,两者协同作用导致负载金催化剂光催化分解臭氧活性的不同.SPS信号强度与催化剂光催化活性有很好的对应关系,SPS信号越强,光生电子和空穴分离效率越高,光催化活性越好.     

掺Sn的纳米TiO2表面光生束缚激子的验证及其特性

采用溶胶-凝胶法制备了不同掺杂Sn的TiO2纳米粒子，并主要利用表面光电压谱(SPS)和电场诱导表面光电压谱(EFISPS)对样品进行了表征，重点探讨了焙烧温度和掺Sn量对TiO2光生电荷性质的影响．同时揭示了样品结构与表面光生束缚激子的关系及其特性．结果表明：与束缚激子相关的光伏响应只在含有金红石相的TiO2样品中出现，且在混晶相中表现得更加显著．掺杂适量Sn不仅提高了纳米TiO2的与带带跃迁相关的SPS响应强度，同时也使与束缚激子相关的SPS响应明显增强．     

掺Sn的纳米TiO2表面光致电荷分离及光催化活性

采用溶胶-凝胶法制备了不同掺Sn量的TiO₂纳米粒子, 主要利用表面光电压谱(SPS)和光致发光光谱(PL)对样品进行了表征, 并通过光催化降解苯酚实验来评估样品活性. 重点考察了热处理温度和掺Sn量对样品表面光生载流子的分离及光催化活性的影响, 并探讨了Sn使TiO₂纳米粒子改性的机制. 结果表明, 在适当温度处理下, 适量Sn的掺入能够有效促进TiO₂纳米粒子表面光生载流子的分离, 以至于使其光催化活性得到显著提高.     

TiO2单晶的表面光电压谱研究

TiO2由于其优异的光电性质及高的化学稳定性而受到广泛关注,并且被应用于有机污染物光降解[1]、太阳能光电转换[2]等诸多领域.由于制备方法不同,TiO2往往会呈现出不同的光电性质,尽管其晶型与粒度可能相差甚微[3].近年来研究表明,除晶型、粒度等因素外,表面原子排布在决定材料光电性质方面同样有重要贡献[4,5].本文采用表面光电压谱(SPS)及场诱导表面光电压谱(EFSPS)研究了TiO2单晶(001)面的光伏响应.     

DBS包覆TiO2 纳米粒子的表面光伏及光致发光性能

The TiO2 nanoparticles capped with sodium dodecylbenzenesulfonate (DBS) were synthesized by a sol-hydrothermal method, and were also characterized by XRD, TEM, Surface Photovoltage Spectroscopy (SPS) and Photoluminescence (PL). The effects of capping DBS on photovoltage and photoluminescence performances of TiO2 nanoparticle as well as appropriate capping conditions were principally investigated. The results show that the capping situation is desirable when the pH value and adding DBS amount are in the range of 4.5-5.5 and 1.0%-3.0% of TiO2 weight in advance of the hydrothermal process, respectively. The added DBS could inhibit the growth of anatase crystallite during the hydrothermal process. Moreover, the intensities of SPS and PL of TiO2 nanoparticle decreased after DBS was capped, which is possibly attributed to the electrophilic property of sulfonic acid group (-SO3-) as well as the decrease of surface defect.