TiO2薄膜光催化还原Hg2+的研究

采用溶胶法制备出TiO2、SO42-/TiO2、CdS/TiO2薄膜光催化剂,研究了TiO2薄膜光催化还原Hg2+的最佳实验条件以及SO42-/TiO2、CdS/TiO2薄膜与TiO2薄膜、TiO2粉体与薄膜之间的光催化活性差异.结果表明:当pH=5.34时,经30 min紫外光照射,Hg2+的还原率达到最大;Hg2+初始浓度越高,光致还原量越低;光源波长越短,Hg2+的还原率越高;当甲醇添加量达到15%(体积比)时,反应30 min后,Hg2+的还原率即达100%;CdS改性薄膜的光催化活性高于未改性薄膜;CdS/TiO2薄膜的光催化活性略高于粉体.     

(Ni-Mo)/TiO2纳米薄膜光催化降解刚果红的性能与机理

用恒电流复合电沉积方法制备(Ni-Mo)/TiO2薄膜,以扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)光谱和紫外-可见漫反射光谱(UV-VisDRS)对薄膜的表面形貌、晶相结构和光谱特性进行了表征,以刚果红为模拟污染物对薄膜的光催化性能进行了测定,并讨论了刚果红溶液的pH值对薄膜光催化活性的影响.采用循环伏安技术和向溶液中加入活性物种捕获剂的方法对薄膜光催化降解机理进行了探索.结果表明:(Ni-Mo)/TiO2薄膜是由粒径为50-100nmTiO2纳米粒子相和纳米晶Ni-Mo固溶体相构成的复合薄膜.薄膜具有较高的光催化活性,卤钨灯照射80min后,复合薄膜光催化刚果红的降解率是多孔TiO2(DegussaP25)/ITO(氧化铟锡)纳米薄膜的2.43倍.(Ni-Mo)/TiO2薄膜光催化活性的提高主要归因于薄膜层中有效形成的(Ni-Mo)/TiO2异质结和良好的电子通道,以及Ni-Mo纳米晶合金对溶解氧和激发电子还原反应的催化作用.分别给出了在紫外和可见光下薄膜光催化降解刚果红的反应机理.     

La3+-SiO2掺杂纳米TiO2的合成及其光催化降解甲基橙的研究

以三嵌段非离子表面活性剂P123为模板,采用水热法合成了La3+-SiO2掺杂纳米TiO2,通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS)等手段,考察了La3+-SiO2掺杂纳米TiO2的结构与光学特性.实验结果表明,La3+和SiO2掺杂使TiO2的晶粒在生长过程中受到阻碍.Ti-O-Si键和Ti-O-La键的形成抑制了金红石相的形成和晶粒长大,提高了TiO2的热稳定性,有利于获得高纯度锐钛矿相纳米TiO2.La3+-SiO2掺杂将TiO2的光响应范围拓宽至可见光区,提高了纳米TiO2的光催化性能.与纯纳米TiO2相比,La3+-SiO2掺杂纳米TiO2光催化降解甲基橙的性能显著提高.     

Pr~(3+)掺杂的TiO_2纳米粉体的表面特性和光催化活性

利用酸催化的溶胶-凝胶法制备了纯的和不同Pr3+掺杂量的TiO2纳米粉体.以亚甲基蓝(MB)溶液的光催化降解为探针反应,评价了它们的光催化活性.利用XRD和BET技术研究了Pr3+掺杂量和焙烧温度对TiO2纳米粉体的相结构、晶粒尺寸和表面织构特性的影响,并用XPS和SPS技术研究了Pr3+掺杂的TiO2纳米粉体的表面组成和表面光伏特性,探讨了Pr3+掺杂提高纳米TiO2的光催化活性的机制.结果表明:适量Pr3+掺杂能显著提高纳米TiO2的光催化活性.当Pr3+掺杂量为1.25%(以Pr3+/TiO2质量比计),焙烧温度为600℃时,制得粉体的光催化活性最佳.Pr3+掺杂强烈地抑制TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变,减小晶粒尺寸,增大比表面积,增加表面羟基和吸附氧的含量,提高光生电子和空穴的分离效率,改善粉体表面的光吸收性能,上述因素均有利于光催化活性的提高.     

TiO_2的低温制备及其对有毒有机污染物的降解

溶胶水热法制备了TiO2粉末,用X射线衍射仪(XRD)、比表面积及孔径分析仪(BET)和透射电镜(TEM)对TiO2进行了初步表征,结果显示:纳米TiO2主要为锐钛矿相(含板钛矿相(121)),比表面积为106.2 m2/g.在紫外光(λ≤387 nm)照射条件下,以有机染料罗丹明B(Rhodamine B,RhB)和无色小分子2,4-二氯苯酚(2,4-dichlorophenol,2,4-DCP)的紫外光(λ≤387 nm)光催化降解试验为探针反应,低温(50℃)下制备的TiO2粉末具有较高光催化活性,对RhB和2,4-DCP有较好的降解效果.通过分析紫外-可见光谱(UV-Vis)、红外光谱(FTIR)和总有机碳(TOC)测定,发现TiO2/UV体系能使RhB和2,4-DCP发生有效的降解,反应5 h后RhB和7 h后2,4-DCP的矿化率分别达到81.2%和86.8%.同时,采用辣根过氧化物酶(POD)、N,N-二乙基对苯二胺(DPD)分光光度法和苯甲酸荧光光度法分别测定了在降解过程中H2O2和羟基自由基(.OH)的变化,表明TiO2光催化机理涉及到.OH历程.     

脉冲沉积制备Cu_2O/TiO_2纳米管异质结的可见光光催化性能

在用阳极氧化法制备有序排列TiO2纳米管阵列薄膜的基础上,引入脉冲沉积工艺,成功实现了均匀、弥散分布的Cu2O纳米颗粒修饰改性TiO2纳米管阵列,形成Cu2O/TiO2纳米管异质结复合材料.利用场发射扫描电镜(FESEM)、场发射透射电镜(FETEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对样品进行表征,重点研究了Cu2O/TiO2纳米管异质结的光电化学特性和对甲基橙(MO)的可见光催化降解性能.结果表明,Cu2O纳米颗粒均匀附着在TiO2纳米管阵列的管口和中部位置,所制备的Cu2O/TiO2纳米管异质结具有高效的可见光光催化性能;在浓度为0.01 mol?L-1的CuSO4溶液中制得的Cu2O/TiO2纳米管异质结表现出最好的电化学特性和光催化性能;另外,对Cu2O纳米颗粒影响光催化活性的机理进行了讨论.     

纳米金探针检测Hg2+离子

利用Hg2+的核酸适体修饰纳米金形成探针建立了一种定量检测Hg2+离子的方法.Hg2+适体吸附在纳米金表面,使纳米金的稳定性增强,抑制氯化钠对纳米金的团聚作用.溶液中有Hg2+离子存在时,由于适体与纳米金的吸附作用小于适体与Hg2+离子的亲和作用,纳米金失去适体保护在氯化钠作用下发生团聚.溶液颜色由红变蓝,紫外-可见光谱最大吸收峰由520 nm红移至620 nm.在优化条件下,吸光度的比值(A620/A520)与Hg2+离子浓度在5.0×10-9～7.2×10-7mol·L-1范围内呈线性关系,检测限可达3.3×10-10mol·L-1.研究了K+,Ca2+等常见离子的干扰,结果表明该方法具有良好的选择性.     

自掺杂TiO_2纳米管:液相制备及光催化性能

采用水合肼(N2H4·H2O)作为还原剂,在液相环境中制备了自掺杂TiO2纳米管阵列(NTs)。利用FE-SEM、EDS、XPS、XRD、Raman、UV-Vis/NIR分光光度法以及半导体特性分析系统(Keithley 4200 SCS)分别对样品的形貌,晶体结构,光学特性以及电学性能进行了表征。结果表明:通过这种方法制备的自掺杂TiO2NTs在带隙中引入了大量的氧空位,创造了氧空位能级,从而提高了样品的电导率,有效提高光生电子-空穴对的产生、分离和传输。此外,由于氧空位的作用,使得TiO2NTs的带隙变窄,增强了可见光吸收能力,致使样品具有较高的光催化活性,并通过降解甲基橙溶液对样品的光催化活性进行评估。结果显示当光照150 min后,自掺杂TiO2NTs对甲基橙溶液的降解率达73%,并且这种催化剂便于回收和重复使用。     

SO_4~(2-)/TiO_2光催化氧化邻硝基苯酚

采用不同浓度的硫酸溶液浸渍处理TiO2,制得不同SO42-含量的SO42-/TiO2光催化剂.考察了光催化剂对邻硝基苯酚溶液的光催化行为.发现SO42-/TiO2的光催化活性高于TiO2的光催化活性,浸渍液中H2SO4的浓度和焙烧温度对SO42-/TiO2的催化活性有一定的影响,最佳浸渍H2SO4浓度为0.5 mol.L-1,最佳焙烧温度为500℃.     

SO42-/TiO2-WO3光催化氧化邻硝基苯酚

采用不同浓度的硫酸溶液浸渍处理TiO2-WO3,制得不同SO42-/TiO2-WO3光催化剂.考察了光催化剂对邻硝基苯酚溶液的光催化行为.发现SO42-/TiO2-WO3的光催化活性高于TiO2-WO3的光催化活性,浸渍液中H2SO4的浓度对SO42-/TiO2的催化活性有一定的影响,H2SO4溶液的最佳浓度为0.2 mol/L,最佳焙烧温度为550℃.最佳WO3的掺杂量w(WO3)为3%.催化降解过程符合一级动力学规律.     

利用二氧化钛簿膜光催化降解废水(英文)

主要研究了在ＴｉＯ２薄膜上光催化降解有机磷废水。结果表明,镀膜基片不同、光催化时间不同、ＴｉＯ２晶型不同均对降解速率有影响。感兴趣的是可以利用太阳紫外光降解有机磷废水。     

氮自掺杂暴露（001）晶面TiO2微米片的可见光光催化CO2还原性能增强

化石能源的使用可产生大量CO2,带来严重的温室效应。光催化CO2还原生产太阳燃料技术既有望缓解温室效应,又可以将低能量密度的太阳能转化为高能量密度的化学能储存起来方便使用。高效光催化材料的开发是发展光催化技术的关键。迄今,在已开发的所有半导体光催化材料中, TiO2仍是广泛研究的明星材料。在实际使用中, TiO2的光催化效率仍受限于其极弱的可见光利用率和较高的电子-空穴复合几率。近年来,越来越多的研究表明TiO2的结构与形貌特征极大地影响其光催化效率。尤其, TiO2的外露晶面设计与晶面效应研究引起了广泛关注。由于具有较高表面能和较多表面不饱和键,起初大多数理论和实验研究认为锐钛矿TiO2(001)晶面是光催化活性晶面。后来,越来越多研究表明并非锐钛矿TiO2(001)晶面的暴露比例越高其光催化活性就越高。最近,我们发现锐钛矿TiO2(001)晶面与(101)晶面在调控光催化CO2还原性能上具有良好的协同效应。密度泛函理论计算表明,锐钛矿TiO2的(001)晶面与(101)晶面的能带结构有差异,(001)晶面的导带位置相对于(101)晶面而言较高,而(101)晶面的价带位置相对于(001)晶面而言较低。基于此我们提出,具有合适比例的锐钛矿TiO2的(001)晶面与(101)晶面的交界处可以形成最佳的表面异质结或晶面异质结。表面异质结的形成导致光生电子倾向于向(101)扩散,光生空穴倾向于向(001)扩散,从而促进光生电子-空穴分离,降低光生电子-空穴复合几率。在此工作基础上,我们直接以氮化钛为原料,氢氟酸为添加剂,通过简单的水热反应一步合成了氮自掺杂的TiO2微米片。利用X射线粉末衍射、扫描电镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、氮气吸附-脱附以及电化学阻抗谱等方法手段对所制备的光催化剂进行了基本结构与理化性质表征分析,并研究了其可见光光催化CO2还原性能。电镜照片结果表明,我们所制备的氮自掺杂锐钛矿TiO2微米片的(001)晶面与(101)晶面比例分别为65%和35%。基于我们前期研究结果, TiO2微米片的(001)晶面与(101)晶面可以形成表面异质结,具有良好的电荷分离效率,这也得到了电化学阻抗谱研究结果的证明。同时,由于N的原位掺杂,所制备的TiO2微米片具有优异的可见光捕获能力。由于可见光利用效率增强与光生电子-空穴分离效率提高这两方面的综合作用,所制备的氮自掺杂TiO2微米片具有非常好的可见光光催化CO2还原制甲醇性能,比商用P25及氮掺杂TiO2纳米粒子等参考样品的可见光光催化性能更优异。研究表明,通过原位自掺杂方法与晶面设计方法相结合,可以同时改善TiO2的可见光利用效率和光生电子-空穴分离效率,优化TiO2的可见光光催化性能,这也为后续开发新型高效光催化材料提供了新思路。     

Fe3+/V5+/TiO2复合纳米微粒光催化性能的研究

采用溶胶凝胶法制备了Fe^3 /V^5 /TiO2复合纳米微粒作为光催化剂。光降解反应结果表明，其掺杂催化剂Fe^3 /V^5 /TiO2的光催化活性明显提高。光电化学研究显示，铁离子可以成为电荷陷阱，促进空穴的界面传递反应。适量钒离子掺杂使TiO2电极的光电流升高，导带中电子浓度的增大，加快了界面的电子传递反应。共掺杂催化剂中，Fe^3 、V^5 分别提供了空穴与电子的陷阱，同时加快了电子与空穴的界面传递反应，从 更有效地提高光催化活性。双组份共掺杂为提高TiO2光催化活性提供新的途径。     

可循环使用的Sn-TiO2/聚噻吩纳米杂化材料用于可见光下降解有机污染物

采用改进的溶胶-凝胶法在低温制备了Sn-TiO2/聚噻吩纳米杂化材料(SPNH),运用X射线衍射(XRD)、扫描电镜、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(IR)、紫外-可见光漫反射光谱(UV-DRS)和BET比表面积分析对所制样品进行了表征。 XRD结果证实聚噻吩(PTh)对TiO2晶相结构没有影响。 IR和UV-DRS结果表明,在掺杂的金属氧化物与PTh的纳米杂化和结合过程中, PTh表面与金属氧化物之间存在相互作用(类似核壳结构)。 XPS结果显示,纳米杂化材料中存在Sn4+以及PTh与TiO2各自所含的元素。催化剂表面吸附污染物结果发现, SPNH的吸附容量高于Sn-TiO2纳米粒子(STN)。在可见光下降解有机污染物硝基苯(NB)和孔雀绿(MG)的反应中, SPNH表现出比单纯STN更高的光催化活性和稳定性。由于STN上存在聚噻吩,使得样品表面吸附NB(24%)和MG(21%)的能力增加,从而导致更高的光催化收率。考察了该光催化剂在可见光下重复使用5次时的光催化活性,未见PTh的消耗和降解。这些高光催化活性的SPNH材料有望在工业水净化中用作光催化剂。     

水洗处理对Au/TiO2催化剂光催化活性的影响

以Au(S2O3)3-2为金前驱体, 分别采用水洗(W)和旋蒸(E)工艺制备了Au/TiO2催化剂. 用UV-Vis漫反射光谱(DRS)、X 射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和原子吸收光谱(AAS)对制备的催化剂样品进行了表征, 通过光催化降解甲基橙对催化剂光催化活性进行了评价. 结果表明, 通过水洗处理, 催化剂样品表面形成了具有较好分散性的金纳米粒子(2-5 nm), 而旋蒸工艺制备的样品表面形成一层金的包覆结构. Au/TiO2催化剂的光催化活性与制备工艺密切相关. 在相似的金负载量下, 水洗法制备的样品比旋蒸法制备的样品具有更高的光催化活性.     

Fe3+掺杂TiO2光催化纤维材料的制备及表征

以棉花纤维为模板制备了一系列Fe3+掺杂的、具有中空纤维结构的TiO2光催化材料(Fe3+/TiO2), 利用热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、zeta电位、红外光谱(IR)和紫外-可见光谱(UV-Vis)等技术对其形貌、晶体结构及表面结构、光吸收特性等进行了表征. 以亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解为模型反应, 考察了不同Fe3+掺杂量的样品在太阳光下的光催化性能. 结果表明, 用模板法制备的Fe3+/TiO2中空纤维结构材料表面存在大量纳米微粒(平均尺寸约12 nm); Fe3+可能均匀分散于锐钛矿结构的TiO2中, 部分取代Ti4+的晶格位置, 既拓宽了TiO2的光谱响应范围, 又形成了TiO2晶体结构的缺陷, 使其表面带负电荷. 在太阳光条件下, 该纤维结构材料较纯TiO2对MB溶液具有更好的光催化脱色降解效果, 且Fe3+的掺入量显著影响该纤维材料的催化性能; 当Fe3+掺杂量为0.15%(w), 在500 ℃焙烧2 h所得中空纤维材料的催化性能最好, 2 h即可使MB溶液的脱色降解率达93%; 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. 因此, 以该模板合成法, 通过Fe3+的掺杂有望使TiO2成为一种低或无能耗、高活性的绿色环保型催化材料.     

掺杂纳米TiO2光催化性能的研究

利用浸渍法分别制备了Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu六种过渡金属离子掺杂改性的二氧化钛光催化剂，以乙酸水溶液的光催化氧化反应和二氧化碳还原反应为探针,评价了掺杂催化剂的光催化性能.借助光电子能谱（XPS）、X射线衍射分析（XRD）等手段对掺杂催化剂进行了表征.研究结果表明，经过渡金属离子掺杂后，光催化性能均有不同程度的改善，改善程度按Cr、Co、Ni、Fe、Mn、Cu递增.掺杂后催化剂表面吸附氧的活泼性、金属离子的价态及得电子能力上的差异决定了不同离子掺杂纳米二氧化钛光催化性能的差异.     

CuOx/TiO2光催化水蒸气还原CO2

以商品TiO2-P25为原料,通过浸渍法负载一定量过渡金属Cu,得到一系列不同含量的CuOx/TiO2光催化剂。利用X射线衍射（XRD）,X－射线光电子能谱（XPS）,BET,高分辨率透射镜（HRTEM）,X射线荧光光谱（XRF）和光致发光光谱（PL）等方法对催化剂进行了详细表征,在自建的光催化反应器中评价了气态水光催化还原CO2反应的活性和CH4收率。结果表明负载CuOx后的TiO2纳米材料光催化性能显著提高,其中1%CuOx/TiO2样品紫外光照72 h后,CH4生成量达到了24.86 µmol•gTi-1。同时,CuOx负载量、反应温度、反应时间等因素对CH4收率均有显著影响。     

磁载WO3－TiO2／SiO2／Fe3O4复合光催化剂的制备及其光催化活性

 用溶胶－凝胶法在表面包覆了SiO2的磁基体Fe3O4上负载TiO2,从而得到了易于磁性固液分离的磁载WO3－TiO2／SiO2／Fe3O4复合光催化剂,并通过IR,XRD,SEM和XPS等测试手段对催化剂进行了表征．研究了磁载WO3－TiO2／SiO2／Fe3O4复合光催化剂对亚甲基蓝溶液脱色的性能,并考察了WO3掺杂量对样品催化活性的影响．结果表明,n（WO3）／n（TiO2）＝0．001时,磁载WO3－TiO2／SiO2／Fe3O4复合光催化剂的催化活性最高,循环使用3次时脱色率仍保持在98％．     

Size control synthesis of sulfur doped titanium dioxide （anatase） nanoparticles, its optical property and its photo catalytic reactivity for CO2 ＋ H2O conversion and phenol degradation

Sulfur doped anatase TiO2 nanoparticles (3 nm−12 nm) were synthesized by the reaction of titanium tetrachloride, water and sulfuric acid with addition of 3M NaOH at room temperature. The electro-optical and photocatalytic properties of the synthesized sulfur doped TiO2 nanoparticles were studied along with Degussa commercial TiO2 particles (24 nm). The results show that band gap of TiO2 particles decreases from 3.31 to 3.25 eV and for that of commercial TiO2 to 3.2 eV when the particle sizes increased from 3 nm to 12 nm with increase in sulfur doping. The results of the photocatalytic activity under UV and sun radiation show maximum phenol conversion at the particle size of 4 nm at 4.80% S-doping. Similar results are obtained using UV energy for both phenol conversion and conversion of CO2+H2O in which formation of methanol, ethanol and proponal is observed. Production of methanol is also achieved on samples with a particle size of 8 and 12 nm and sulfur doping of 4.80% and 5.26%. For TiO2 particle of 4 nm without S doping, the production of methanol, ethanol and proponal was lower as compared to the S-doped particles. This is attributed to the combined electronic effect and band gap change, S dopant, specific surface area and the light source used.