粉末状和薄膜状TiO2对敌敌畏的光催化降解

在光照条件下,光催化剂TiO₂有很强的氧化能力,能有效降解水中的有机污染物^[1],因而日益受到人们的关注.目前,研究最多的胶体溶液和颗粒悬浮体系因其难于分离、回收而限制了实际应用,因此催化剂固定问题急需解决.近年来,国内外对TiO₂薄膜催化剂做了许多探索^[2,3],取得了一些进展.本文用溶胶-凝胶法制备了一种粉末状TiO₂光催化剂和两种薄膜型TiO₂光催化剂,并进行了结构和形貌的表征,对敌敌畏稀释液做了光催化降解实验,并与粉末状TiO₂进行对比.结果表明:薄膜TiO₂催化剂优于粉末TiO₂催化剂.     

TiO2光催化还原CO2

光催化还原CO₂技术在CO₂的治理与利用方面有着潜在的应用价值和良好的开发前景。该文简要综述了近年来用于光催化还原CO₂反应的TiO₂光催化剂材料,包括纯TiO₂催化剂、负载型TiO₂催化剂、金属改性TiO₂催化剂、半导体复合TiO₂催化剂和有机光敏化TiO₂催化剂等,并介绍了各类催化剂光催化还原CO₂的反应性能。     

Ag和Pd及其离子对TiO2光催化分解CH3CHO的影响

当用能量大于其禁带宽度的光照射通有氧气的TiO₂悬浮液时,在TiO₂微粒表面会产生反应活性很高的空穴和O₂^-、H₂O₂等多种活性氧.在上一篇文章中^[1]我们已报道了在通氧气和紫外光照的条件下,向TiO₂悬浮液中加入少量Ag⁺或Pd²⁺,将会大幅度提高体系中H₂O₂的生成量.另外,蔡汝雄等人也曾通过向TiO₂悬浮液中加入SOD的方法来提高其中H₂O₂的生成量^[2],而且证明了H₂O₂生成量的增多有助于杀死子宫癌细胞^[3].另一方面,利用TiO₂光催化来分解处理工业废水中的有机物已多见报道^[4～7].因此,为考察H₂O₂含量的增加是否有助于TiO₂催化分解有机物,我们以CH₃CHO为氧化对象,测定了经Ag和Pd表面修饰以及直接向悬浮体系添加Ag⁺或Pd²⁺离子前后,TiO₂光催化氧化分解CH₃CHO效率的变化,并对氮气和氧气气氛的实验结果进行了测定和比较.     

表面敏化TiO2基复合薄膜的能带结构与光致电荷转移的研究

采用离子束溅射方法制备出TiO₂/ITO, Zr^4＋掺杂的TiO₂(TiO₂-Zr)/ITO和ZrO₂/TiO₂/ITO复合薄膜. 利用表面敏化方法制备出(1,10-邻菲咯啉)₂(3,4,5-三氟苯基)咪唑并[5,6-f]邻菲咯啉钌混配配合物[Rup₂O](p＝1,10-邻菲咯啉, O＝(3,4,5-三氟苯基)咪唑并[5,6-f]邻菲咯啉)/TiO₂/ITO, Rup₂O/TiO₂-Zr/ITO和Rup₂O/ZrO₂/TiO₂/ITO表面敏化TiO₂基复合薄膜. 表面光电压谱(SPS)表明, 表面敏化TiO₂基复合薄膜在400～600和350 nm产生的SPS响应峰的峰高比与TiO₂基复合薄膜的结构密切相关. 利用电场诱导表面光电压谱(EFISPS)确定了复合薄膜的能带结构, 其结果分析表明, 400～600 nm的SPS响应峰主要源于Rup₂O分子的中心离子Ru 4d能级到配体邻菲咯啉p₁^*和配体咪唑并邻菲咯啉p₂^*跃迁|TiO₂禁带内Zr^4＋掺杂能级的存在减小了光生载流子的复合, 增加导带光生电子的数量|ZrO₂/TiO₂异质结构的存在有利于光生电子向ITO表面的转移, 从而导致400～600 nm和350 nm SPS响应峰的峰高比的增加, 意味着光致电荷转移效率的提高.     

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.     

TiO2与碳纳米管的复合及光催化协同作用*

TiO₂与碳纳米管均是近15年来最受关注的功能材料。将TiO₂与碳纳米管复合构建的TiO₂/碳纳米管兼有两种材料的特点及优点,在许多领域得到广泛研究。本文基于国内外最新研究进展,系统综述了近年来逐步建立起来的制备TiO₂/碳纳米管的方法,着重介绍了混合法、化学气相沉积法、静电纺丝法、溶胶-凝胶法、水热溶剂热法等几种比较主要的方法。并且以TiO₂ /碳纳米管在光催化领域的应用研究为侧重点,详细分析了碳纳米管在促进TiO₂光生电子-空穴分离、增强可见光吸收等方面的协同作用。文章最后指出相关研究中有待解决的问题,并对此类材料的发展趋势做了展望。     

CeO2/TiO2复合纳米纤维的制备及光催化性能研究

采用静电纺丝技术和水热合成法制备了CeO₂/TiO₂复合纳米纤维. 利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和比表面积测定(BET)等分析测试手段对样品的形貌及结构进行了表征, 并以罗丹明B的脱色降解为模式反应, 考察了样品的光催化性能. 结果表明: CeO₂纳米粒子均匀地生长在TiO₂纳米纤维表面, 形成了异质结构的CeO₂/TiO₂复合纳米纤维光催化材料. 通过改变碱源, 可以得到不同形貌的CeO₂. CeO₂的存在增加了TiO₂纳米纤维的比表面积, 有效地实现TiO₂光生电子和空穴的分离, 增强了体系的量子效率, 与纯TiO₂纳米纤维相比光催化活性明显提高. 初步探讨了异质结的形成机理.     

柔性TiO2纳米管薄膜电极的制备及其光电性能

采用水热合成法制备出TiO₂纳米管,通过XRD、TEM和氮气等温吸附-脱附仪等测试手段对TiO₂纳米管进行了表征.用烧结的TiO₂纳米管和P25粉末混合制成薄膜电极,并研究了薄膜电极的表面形貌、染料吸附量和光电性能.研究表明,加入TiO₂纳米管可以制备出机械稳定的薄膜;掺杂TiO₂纳米管的含量越多,薄膜电极的染料吸附量越大;掺杂5%烧结纳米管粉末的薄膜电极的光电性能最好,其短路电流可达3.25mA,光电转换效率达到1.67%.     

溶胶凝胶法制备杯[6]芳烃乙酸/二氧化钛杂化材料

采用溶胶-凝胶法制备了不同TiO₂含量的杯[6]芳烃乙酸/TiO₂ (CA/TiO₂)杂化材料. 通过溶剂抽提实验和FT-IR测试表明杂化材料中有机无机两相间存在着化学键. 通过XRD, SEM, TGA对材料的结构和性能进行表征. 结果表明: 当TiO₂的含量w为60%时, 材料表面均匀光滑, 有机无机两相相容性和材料的热稳定性能最好, 但w(TiO₂)≤40%时, 难以获得两相均一的杂化材料.     

中空多壳层TiO2填充对环氧树脂复合材料力学性能的影响

为改善环氧树脂(EP)材料的力学性能, 采用次序模板法合成了TiO₂中空多壳层结构(HoMS)材料, 利用偶联剂对获得的TiO₂ HoMSs进行接枝改性后填充到EP中, 制备了TiO₂ HoMSs/EP复合材料; 并与单壳层TiO₂中空结构进行比较, 研究了壳层数和偶联剂改性对复合材料力学性能的影响规律. 结果表明, 随着壳层数的增加, 复合材料的力学性能增强, 并且偶联剂改性的TiO₂ HoMSs可进一步提高复合材料的力学性能. 在该体系中, 经硅烷偶联剂KH-560改性后的三壳层TiO₂ HoMSs(3S-TiO₂ HoMSs)/EP复合材料的拉伸强度、 断裂伸长率和冲击强度可分别达到71.66 MPa, 7.4%和35.81 kJ/m². 扫描电子显微镜(SEM)断面形貌表征结果显示, 相较于纯EP材料, TiO₂ HoMSs/EP复合材料的断面更加粗糙, 说明TiO₂ HoMSs材料起到了吸收外界应力和阻碍裂纹扩展的作用, 提高了复合材料的韧性, 提升了复合材料的冲击性能.     

Ag/AgBr/TiO2 visible light photocatalyst for destruction of azodyes and bacteria

Ag/AgBr/TiO2 was prepared by the deposition-precipitation method and was found to be a novel visible light driven photocatalyst. The catalyst showed high efficiency for the degradation of nonbiodegradable azodyes and the killing of Escherichia coli under visible light irradiation (lambda>420 nm). The catalyst activity was maintained effectively after successive cyclic experiments under UV or visible light irradiation without the destruction of AgBr. On the basis of the characterization of X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, and Auger electron spectroscopy, the surface Ag species mainly exist as Ag0 in the structure of all samples before and after reaction, and Ag0 species scavenged hVB+ and then trapped eCB- in the process of photocatalytic reaction, inhibiting the decomposition of AgBr. The studies of ESR and H2O2 formation revealed that *OH and O2*- were formed in visible light irradiated aqueous Ag/AgBr/TiO2 suspension, while there was no reactive oxygen species in the visible light irradiated Ag0/TiO2 system. The results indicate that AgBr is the main photoactive species for the destruction of azodyes and bacteria under visible light. In addition, the bactericidal efficiency and killing mechanism of Ag/AgBr/TiO2 under visible light irradiation are illustrated and discussed.     

在Pd/TiO2上CO的光催化增强效应

在Pd(2％)/TiO2上CO催化氧化的研究中发现：室温下， 以黑光灯（λ=365 nm）照时， CO的氧化活性比暗态显著提高，产生了明显的光催化增强效应（两者速率常数比约为15）.但在TiO2上，无论暗态还是黑光灯（λ=365 nm）照，均无CO氧化反应发生.这可能是由于氧分子解离吸附时的键能减弱，使Pd表面氧原子（或O－）浓度增加和氧原子的溢流（oxygen spillover）两种效应结合产生的.     

ZnO/TiO2复合涂层电极的制备及其光电性能

以氧化铟锡导电玻璃为基材,采用电泳沉积法制备负载型ZnO/TiO2复合涂层,经450℃后续烧结处理后,采用XRD、SEM、EDX和UV-Vis DRS对ZnO/TiO2复合涂层进行表征;在pH=7.00的磷酸盐缓冲溶液中,分别测试ZnO/TiO2复合涂层电极在紫外灯和100 W白炽灯辐照下的电化学阻抗谱、Tafel极化曲线和循环伏安等电化学性质。结果表明:ZnO以200~300 nm晶粒分散于复合涂层中,质量百分比为0.74%;ZnO/TiO2复合涂层在可见光区有一定的吸收;在可见光辐照下ZnO/TiO2复合涂层电极具有较好的光电活性,并对水的分解具有较强的光电催化活性。     

载钯TiO2半导体悬浮催化体系中CO2的光还原

在半导体光催化还原CO₂的反应过程中,一般都伴有氢气的产生^[1,2].为了提高CO₂还原产物的收率,必须设法抑制析氢过程。在催化剂表面担载某种吸氢物质是抑制氢气产生的有效方法之一。理想的吸氢物质不仅能吸附氢,且被其吸附的氢还具有还原CO₂的能力。     

可控碳改性Pd/TiO2用于直接合成双氧水:非均相界面对催化性能的影响（英文）

双氧水(H2O2)是一种重要的绿色氧化剂,广泛应用于纺织、医疗、废水处理、军事等重要领域.目前, H2O2的工业生产以蒽醌法为主,该法设备投资大、运行成本高,同时工艺涉及大量的有机溶液,活性中间体蒽醌也会发生缓慢降解,产生有毒副产物.与蒽醌法相比,通过负载型贵金属催化剂催化H2与O2反应直接合成H2O2,过程绿色环保且生产工艺简单,引起了各界广泛关注.然而,从热力学上分析, H2和O2更容易反应生成H2O, H2O2只是该反应的中间产物,会继续发生加氢和直接分解反应生成H2O,导致H2和O2的低效利用,开发高H2O2选择性且高反应效率的催化剂已成为氢氧直接合成H2O2研究的重点与难点.目前大部分研究策略旨在通过调控或影响反应中心结构、价态来抑制H2O2的副反应,进而提升H2O2的选择性和反应效率;尽管已取得了良好的进展,但仍需发展新的调控策略来满足工业应用的要求.本课题组前期研究表明,促使H2O2从催化剂上脱附可以有效地提升H2O2的选择性和产率.相比于针对反应中心的调控,不稳定的H2O2从催化剂上快速脱附同样起到抑制H2O2参与副反应的作用.为此,本文提出一种炭量可控的非均一界面改性方法,以常规的Pd/TiO2作为研究对象,借助各种结构表征,发现炭物种在TiO2表面呈非均一分散状态,而且改性对于催化剂的几何结构影响较小;另外,催化剂表面的疏水性会随着碳含量的增加而增加,导致其与H2O2间的吸附能相应变小.反应结果显示,表面非均一的炭化改性技术可以显著提升Pd/TiO2催化剂的H2O2选择性和产率.通过构效关系分析,可知这种改性技术可以保持Pd颗粒与TiO2间相互作用的同时,还可以促进H2O2的快速脱附,进而提升改性Pd/TiO2催化剂的H2O2直接合成效率.该改性方法简单、易控,可拓展应用到其他类型催化剂的H2O2直接合成性能调控与改进.     

二氧化钛纳米管的制备与光催化活性

用阳极氧化法,室温条件下在含NH4F和H2O的电解液(丙三醇+NH4F+H2O;乙二醇+NH4F+H2O)中制备了TiO2纳米管阵列。用环境扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)表征二氧化钛纳米管阵列的微观形貌和物相结构。在丙三醇电解液中,电压为60 V,65 V,70 V,75 V制备的纳米管直径依次为160、170、190、220 nm。对甲基橙(10 mg/L)降解测试TiO2纳米管阵列的光催化性能。研究结果表明:在100 V阳极电压制备经过500℃退火处理后的TiO2纳米管阵列的光催化效果最好,其光催化降解率在光照时间120 min时达到89.2%。     

Pd/N共掺杂TiO_2的制备及其光催化活性

将纳米管TiO2浸入含尿素和硝酸钯的乙醇溶液中,将乙醇超声挥发后所得样品先在空气中600℃下煅烧,再在H2气氛中400℃中热还原,得到Pd/N共掺杂TiO2.分别采用DRS、X射线衍射仪及X射线光电子能谱仪分析了掺杂TiO2样品的光吸收能力、晶体结构及表面化学组成;并评价了其对紫外光和可见光照下丙烯降解反应的催化活性.结果表明,共掺杂TiO2样品的活性优于单一Pd或N掺杂TiO2.其原因在于,Pd和N共掺杂具有协同作用,从而共同提高了TiO2的光催化活性.     

Two Photoelectrochemical Processes for TiO2 Electrode under UV Illumination

TiO2 thin film electrode was prepared by a sol-gel method on ITO substrates. Cyclic voltammetric behavior of the ITO/TiO2 electrode under ultraviolet (UV) illumination was investigated in the solution of Na2SO4.There are two photoelectrochemical processes for TiO2 electrode under UV illumination.One is a fast process,which results in the appearance of anodic photocurrent.The anodic photocurrent will appear and disappear with the light on and off.The other is a slow process,which will be responsible for the appearance of an oxidative peak. When the electrode is illuminated under UV light for a long time,a new oxidative peak can be observed.The peak current increases with the increase of UV illumination time.It is assumed that the new peak belongs to the oxidation of Ti^3 ,which formed and accumulated on the electrode surface during the UV illumination.A detailed mechanism is proposed on the base of these two photoelectrochemical processes.It is assumed that the change of hydrophilicity of TiO2 thin film may be related to the slow process while the film irradiated by UV light.     

Cu2+/TiO2对甲基橙的光催化降解机理

以自制的掺铜离子的混晶型二氧化钛为光催化剂,考察了甲基橙光催化降解过程中pH值和光源的影响,提出了两种不同的光催化降解机理:在高压汞灯照射下,TiO2的价带电子被激发到导带,光生电子和空穴主要通过Cu2+ 的短路循环而复合,光催化剂的活性降低;在太阳光照射下,甲基橙发生自身光敏化氧化反应,受激电子从单线态或三线态的甲基橙分子跃迁到TiO2的导带,Cu2+起到电荷传递中继站的作用,加速了注入电子向H2O2的转移,从而促进了甲基橙的光催化降解。