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.     

Ag/N-TiO2/SBA-15光催化剂的制备及其可见光催化还原CO2

以钛酸四正丁酯(TB),羧基改性的SBA-15 (COOH/SBA-15),尿素和AgNO3为原料,利用溶剂热及焙烧处理制得Ag/N-TiO₂/SBA-15催化剂. 采用X 射线衍射(XRD),低温N2吸脱附,X 射线光电子能谱(XPS),紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS),荧光(PL)光谱,电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP)和元素分析(EA)等表征. 结果显示：Ag/N-TiO₂/SBA-15样品具有介孔结构,TiO₂以单一的锐钛矿晶型均匀的分散在载体表面,Ag以单质形态沉积在TiO₂表面,N则掺入到TiO₂晶格中,并以取代N(O-Ti-N)和间隙N(Ti-O-N)两种方式共存. Ag/N-TiO₂/SBA-15催化剂中单质Ag既可以捕获光生电子提高量子效率,又促进了TiO₂对可见光的吸收. N掺杂拓宽了TiO₂吸收光谱的吸收范围,并且适量的N掺杂有助于光生电荷的分离,提高了光催化效率. 以光催化还原CO₂为探针反应,考察了催化剂在可见光下的催化活性. 结果表明：Ag/N-TiO₂/SBA-15系列催化剂均表现出了可见光催化还原CO₂性能,发现当Ag的质量分数为2%,N与Ti的物质的量比为3时,催化剂光催化活性最佳,产物甲醇产量高达45.7 μmol·g^-1·h^-1.     

Ag纳米粒子在TiO2四棱柱阵列上的可控生长及其SERS效应

采用水热法在导电玻璃FTO导电面上沉积TiO₂四棱柱阵列; 并以其为基体, 分别采用聚乙烯基吡咯 烷酮(PVP)还原Tollens试剂以及柠檬酸三钠(TSC)还原硝酸银溶液, 将Ag纳米粒子(AgNPs)沉积在TiO₂四棱柱阵列上形成TiO₂@AgNPs-PVP和TiO₂@AgNPs-TSC微纳结构作为表面增强拉曼散射(SERS)基底. 实验结果表明, Ag纳米粒子在TiO₂四棱柱阵列上的尺寸和分布可通过改变Tollens试剂的浓度和TSC还原硝酸银溶液的反应时间来调控, 进而优化基底的SERS灵敏度. TiO₂@AgNPs-PVP微纳结构对罗丹明6G(R6G)的检出限为10^-12 mol/L, 对低活性小分子三聚氰胺的检出限为0.01 mg/mL; TiO₂@AgNPs-TSC微纳结构对R6G的检出限为10^-10 mol/L, 对三聚氰胺的检出限为0.01 mg/mL. TiO₂@AgNPs-PVP和TiO₂@AgNPs-TSC微纳结构基底的SERS活性、 循环可回收性与还原剂种类紧密相关: 包覆在Ag纳米粒子上的PVP可以作为隔离层避免Ag纳米粒子直接接触, 防止电磁场耦合作用减弱, 增强基底的SERS活性; 同时, PVP是一种水性聚合物, 有较强的亲水性, 作为循环可回收SERS基底使用时, 吸附小分子物质清洗难度较大.     

Pd@SiO2/Al2O3的制备及其催化氧化CO性能评价

从Pd纳米粒子出发制备具有核壳结构的Pd@SiO₂纳米粒子,并将其负载于不同形貌Al₂O₃载体上,制备出具有良好CO催化氧化活性的催化剂。以纳米球形Al₂O₃为载体时,Pd@SiO₂/Al₂O₃催化剂活性优于无核壳结构的Pd/Al₂O₃催化剂。将纳米Pd@SiO₂负载到球形和菱形Al₂O₃上,制备出Pd@SiO₂/Al₂O₃催化剂。结果表明:具有较大比表面积的Al₂O₃载体(球形)有利于Pd@SiO₂的分散,且SiO₂层可以抑制Pd粒子的团聚,能在一定程度上改善催化活性。而较小比表面积的载体(菱形)上出现了Pd@SiO₂的团聚,表现出较低的CO氧化活性,但在降低负载量后,CO氧化活性明显提高。该结果为推动新型热稳定、高效纳米三效催化剂的研发具有一定的启示意义。     

共沉淀法制备Ag/AgCl-TiO2空心复合纳米微球及其光催化性能

通过甲基丙烯酸与苯乙烯聚合制备了表面负电性的聚苯乙烯(PSt)纳米乳胶粒. 在乙醇与水的混合溶剂中, 用硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷对其进行表面改性后加入钛酸四丁酯、 氯化钠和硝酸银, 以PSt乳胶粒为模板采用共沉淀法制备了PSt-AgCl-TiO₂复合微球. 在180 ℃对其进行液相预处理及煅烧去除PSt模板后制备了Ag/AgCl-TiO₂空心复合粒子. 对各阶段产物的形貌、 晶体结构和比表面积等进行了表征. 结果表明, 所得产物为Ag/AgCl与锐钛矿型TiO₂复合的空心粒子, 其比表面远大于商品TiO₂(P25). 考察了Ag/AgCl-TiO₂复合粒子在紫外光与可见光下对罗丹明B(RhB)降解的催化活性. 结果表明, 在紫外光下n(Ag)/n(Ti)=0.1%的Ag/AgCl-TiO₂复合粒子活性最高, 30 min时对RhB的降解率比不含Ag/AgCl的TiO₂空心微球提高了13%; 虽然Ag/AgCl-TiO₂在可见光下的催化活性远比紫外光下低, 但与纯TiO₂空心纳米微球相比其催化活性仍明显增强. n(Ag)/n(Ti)=2.0%的Ag/AgCl-TiO₂复合粒子催化活性最高, 120 min时对RhB的降解率比不含Ag/AgCl的TiO₂空心微球提高了38%.     

氧空位修饰的暴露TiO2{001}的Ru/TiO2增强光热协同CO2甲烷化活性和稳定性

利用太阳能在温和条件下实现CO₂还原反应,不仅可以缓解过度消耗化石能源造成的能源危机,还可以改善诸如温室效应和海洋酸化等环境问题.光热协同催化可以有效降低催化反应温度,具有较大的应用前景.本文利用Ru与暴露TiO₂{001}晶面的TiO₂载体产生的金属-载体相互作用,经过高温氢气煅烧后,获得具有丰富表面氧空位的Ru/TiO₂催化剂.活性测试结果表明,具有丰富表面氧空位的Ru/TiO₂表现出优异的CO₂甲烷化活性,反应过程中甲烷的TOF值在300°C时可以达到22 h-1,但该催化剂却表现出较差的稳定性,在反应10小时后,甲烷的TOF值逐渐降低到19 h-1.将紫外光引入到Ru/TiO₂热催化甲烷化体系中,甲烷的TOF值增加到30 h-1,且兼具高稳定性.热催化反应过程中逐渐消失的表面氧空位和部分氧化的Ru是活性降低的主要原因.在光热协同反应中,光生电子的产生稳定了Ru表面的电子密度,同时也再生了催化剂上表面氧空位,这有效地提高了反应的活性和稳定性.程序升温原位红外和X射线光电子能谱实验结果表明,当催化剂表面具有丰富的表面氧空位时,CO₂可以有效地在Ru纳米粒子上解离成CO中间体,随后吸附在Ru上的CO中间体解离成表面碳物种,并加氢产生甲烷.在热催化反应过程中,Ru纳米粒子逐渐被氧化成Ru Ox物种,且表面氧空位被CO中间物种覆盖,降低了催化反应的稳定性.当紫外光引入到上述反应中,催化剂的表面氧空位可有效提高光生载流子的分离能力.TiO₂载体产生的光电子转移至Ru表面,稳定了金属Ru纳米粒子的价态.另外,载体产生的光生空穴加速了H₂质子化,提高了催化剂对氢气的活化迁移能力,促进了CO中间体的加氢甲烷化反应,进而再生表面氧空位.因此在紫外光照下,兼顾提高了热催化CO₂甲烷化的活性和稳定性.值得注意的是,当Ru负载于暴露少量TiO₂{001}晶面的TiO₂载体上时,产生了强金属-载体相互作用并抑制了H₂在催化剂上的吸附活化,不利于产生表面氧空位.因此暴露少量TiO₂{001}晶面的Ru/TiO₂催化剂也不利于光生载流的产生和分离,这导致热催化或光热协同催化反应活性较低.     

TiO2对Ni/Al2O3催化剂CO甲烷化性能的影响

采用溶胶凝胶法制备了一系列不同TiO₂含量的TiO₂-Al₂O₃复合载体,并通过浸渍法制备了NiO/TiO₂-Al₂O₃催化剂。分别考察了不同TiO₂含量的NiO/TiO₂-Al₂O₃催化剂及反应温度对CO甲烷化催化性能的影响。实验结果表明,当复合载体中TiO₂质量分数为30%,反应温度为350～450 ℃时,催化剂催化活性较高。利用N₂吸附-脱附(BET)、X射线衍射(XRD)及H₂程序升温还原(H₂-TPR)等手段对催化剂物化性能进行了表征。结果表明,加入适量的TiO₂能抑制镍铝尖晶石NiAl₂O₄物种的生成,改善NiO的表面分散性能,避免大晶粒NiO的形成,也改善了催化剂的还原性能,从而提高催化剂的CO甲烷化活性。     

TiO2/斜发沸石光催化降解罗丹明B的研究

制备了一系列TiO₂/斜发沸石催化剂(不同焙烧温度、不同粒度和不同负载量),它们在紫外光照射下可降解有机染料罗丹明B(RhB).发现焙烧温度为500℃、粒度为180—200目、TiO₂实际质量分数为6.18%的催化剂样品活性较好.将其与P25对比,发现其降解速率虽低于P25(紫外光照84 min,P25COD变化率为100%,而焙烧温度为500℃的TiO₂/斜发沸石催化剂经紫外光照5.5 h,COD变化率为71.8%),但是TiO₂/沸石催化剂易于回收再利用,而纯P25因为颗粒细小,沉降速率慢,而不能快速分离.用XRD、TEM、BET、TG-DTA和紫外可见漫反射等方法表征了这些催化剂,结果表明催化剂比表面积增大有利于催化活性的提高.     

焙烧温度对二甲醚水蒸气重整制氢 Cu/ZnO/Al2O3/Cr2O3+H-ZSM-5双功能催化剂性能的影响

采用共沉淀耦合机械混合法制备了Cu/ZnO/Al₂O₃/Cr₂O₃+H-ZSM-5双功能催化剂,并用于二甲醚水蒸气重整制氢反应,结合热重、傅里叶红外光谱、XRD、BET、H₂-TPR表征,考察了焙烧温度对Cu/ZnO/Al₂O₃/Cr₂O₃催化剂物理化学性质及双功能催化剂催化性能的影响。研究结果表明,400℃焙烧时,析出CuO粒子的同时伴有尖晶石相,进而在反应过程中对金属铜粒子起到良好的隔离作用。而焙烧温度较低时,催化剂分解不完全,催化剂活性位较少。焙烧温度大于500℃时,CuO粒子发生二次团聚,同时尖晶石相大量生成,造成催化剂活性位减少,活性较低。合适的焙烧温度为400℃,此时二甲醚转化率为92.9%,氢气收率可达到76.5%,具有较好的反应效果。     

乙酸修饰Ag/TiO2复合光催化剂的制备及协同催化性能

利用光化学还原法制备了Ag/TiO₂,然后通过乙酸浸渍制备了HAc-Ag/TiO₂复合光催化剂.利用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）和紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）等手段表征了催化剂的性质.以降解水溶液中的甲基橙（MO）为探针反应,考察了催化剂在可见光下的光催化性能.结果表明,乙酸对TiO₂的修饰在TiO₂禁带中产生了"带尾",使TiO₂的禁带宽度发生了显著的缩减;Ag纳米粒子和乙酸共同修饰的HAc-Ag/TiO₂样品具有更窄的禁带宽度和更正的价带顶位置;Ag和乙酸的协同作用使HAc-Ag/TiO₂具有良好的可见光催化活性：可见光照射2 h后,甲基橙在HAc-Ag/TiO₂上的降解率接近100%.     

Promoting Effects of Iron on CO Oxidation over Au/TiO2 Supported Au Nanoparticles

Fe-doped TiO₂ supported gold nanoparticles as high-performance CO oxidation catalysts were prepared. XRD data revealed that TiO₂ support was in an anatase phase. After calcination at 300℃, the sample showed nanotube structure, and the size of gold nanoparticles was 3.1 nm. When calcined at 500℃, most nanotubes broke, and gold nanoparticles grew up to 5.9 nm. XPS spectrum indicated the presence of Fe in the +3 oxidation state. Au/Fe-TiO₂(Au:1.44%, Fe:1.35%) calcined at 300℃ possessed the best catalytic activity, and it could completely convert CO at 25℃. The temperature of 100% CO conversion(T_100%) of Fe-free catalyst was 40℃. After the catalysts were stored at room temperature for 7 d, T_100% of Au/Fe-TiO₂ increased from 25℃ to 30℃, while T_100% of Fe-free catalyst increased from 40℃ to 80℃. The catalytic activity and storage stability of Au/TiO₂ could be improved by Fe-doping. The increase of specific surface area, generation of oxygen vacancies and new adsorption sites, depression of the growth of gold nanoparticles, and strong metal-support interaction were responsible for the promoting effect of iron on the catalytic performance of Au/TiO₂ for CO oxidation.     

Tunable Synthesis of Core-shell α-Fe2O3/TiO2 Composite Nanoparticles and Their Visible-light Photocatalytic Activity

Uniform α-Fe₂O₃/amorphous TiO₂ core-shell nanocomposites were prepared via a hydrolysis method and α-Fe₂O₃/anatase TiO₂ core-shell nanocomposites were obtained via a post-calcination process. The structure and morphology of the products were characterized by powder X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, transmission electron microscopy and scanning electron microscopy. Amorphous TiO₂ nanoparticles with diameters of ten to several tens nanometer were formed on the surface of α-Fe₂O₃ nanoparticles and the coverage density of the secondary TiO₂ nanoparticles in the composite can be controlled by varying the concentration of Ti(BuO)₄ in the ethanol solution. The visible-light photocatalytic properties of different products towards Rhodamine B(RhB) were investigated. The results show that the α-Fe₂O₃/amorphous TiO₂ exhibits a good photocatalytic property owing to the extension of the light response range to visible light and the efficient separation of photogenerated electrons and holes between α-Fe₂O₃ and amorphous TiO₂.     

MoS_2负载量对MoS_2/TiO_2光催化降解苯酚效率的影响及其作用机理研究

通过水解法制备TiO_2纳米颗粒,与经过超声处理后的MoS_2片层纳米材料复合制备MoS_2/TiO_2纳米催化剂,考察不同MoS_2负载量对其光催化降解苯酚效率及路径的影响。XRD、SEM、EDS、FT-IR和UV-vis DRS等表征结果表明,复合催化剂主要由锐钛矿型TiO_2和MoS_2组成;剥离后的MoS_2呈现薄片层状结构,均匀地分散在TiO_2纳米颗粒当中。光催化降解苯酚性能测试结果显示,对于MoS_2/TiO_2催化剂,MoS_2负载量的提高有利于光催化降解苯酚效率的提高;当MoS_2负载量为27%时,复合M o S2/TiO_2纳米颗粒的光催化性能最佳,反应80 min后可将苯酚完全降解。通过对苯酚降解过程中生成中间产物跟踪发现,MoS_2负载量的提高有利于促进中间产物苯醌、对苯二酚以及邻苯二酚的生成,进而提升了MoS_2/TiO_2复合材料的光催化性能。     

一维TiO2锐钛矿/金红石异相结的制备及光催化降解甲醛性能

TiO₂异相结主要通过高温方法制备,所制备材料的形貌和组成较难控制,尤其是在较低温度下一步制备一维TiO₂异相结仍具有一定的挑战性。采用简单、方便的一步水热法,在较低温度下(180℃)制备了一维纳米TiO₂异相结材料。X射线衍射(XRD)和高分辨透射电镜(HRTEM)分析表明,制备的材料以一维金红石相TiO₂纳米棒(长度:(400±50)nm,直径:(60±5)nm)为基本结构,粒径分布均匀的锐钛矿相TiO₂纳米粒子(直径:(9.5±0.5)nm)高密度、单分散地负载在纳米棒上。通过控制水热反应时间成功调控了异相结中锐钛矿相TiO₂的含量(20%~50%),进而实现了其光催化降解HCHO性能的调控。实验结果表明,当锐钛矿相TiO₂的含量为33%时(TiO₂-24,水热时间24 h制备的样品),异相结光催化剂表现出最佳的HCHO降解性能:在低光强LED灯(波长为365 nm,光强为12.26 mW·cm^-2)照射下,浓度约为120 mg·L^-1的HCHO气体在25 min后的降解率达到了92%,实现了高效、快速地去除空气中的HCHO(矿化为CO₂)。稳态荧光光谱和光电化学测试表明,与其他水热时间的样品相比,TiO₂-24具有更高效的光生电荷分离和传输效率。一维TiO₂异相结不仅有利于光生电荷的传输,而且对电荷的分离具有定向驱动作用,使其具有较高的光催化降解HCHO性能。     

Characterization and photocatalytic properties of silver and silver chloride doped TiO2 hollow nanoparticles

Using polystyrene（PSt） particles as template,PSt/TiO₂ composite particles with AgCl incorporation were prepared through hydrolysis of tetrabutyl titanate in the presence of AgNO₃ and NaCl.AgCl doped TiO₂ hollow particles were successfully prepared with the PSt/TiO₂ composite microspheres pretreated at 180℃followed by calcination.The morphology of PSt/TiO₂ particles and the crystal structures of the AgCl doped TiO₂ hollow particles were characterized.The photocatalytic activity of the doped TiO₂ hollow particles in degradation of Rhodamine B was tested under UV and visible lights and compared to that with Ag doped TiO₂ particles.The results showed that TiO₂ hollow particles,either doped with Ag or AgCl,demonstrated higher photocatalytic activity than the pure TiO₂ particles.This enhancement in photocatalytic activity was more significant with AgCl doped TiO₂ than that with Ag doped,and more distinct when the degradation was done under visible light than that under LTV light.     

Synthesis of nanosized TiO2 particles in reverse micelle systems and their photocatalytic activity for degradation of toluene in gas phase

Nanosized pure TiO₂ particles with high crystallinity and large surface area were prepared by hydrolysis of tetrabutyl titanate in water/Triton X-100/isooctane reverse micelle solutions as reaction media followed by hydrothermal treatment to improve crystallinity. The prepared TiO₂ nanoparticles were characterized by XRD, BET, TGA, FT-IR and TEM. The size of ultrafine particles was controlled by changing the water content of the reverse micelle solution. The TiO₂ particles showed monodispersity, large surface area and high degrees of crystallinity and thermostability. The photocatalytic activity of the TiO₂ particles was evaluated by decomposition of toluene in the gas phase. The activity of the TiO₂ nanoparticles was higher than that of commercially available anatase fine particles, such as ST-01, which is one of the most active photocatalysts for degradation of organic compounds in the gas phase.     

TiO2/Bi2O3纳米复合体的制备及可见光催化产氢性能

首先采用相分离的水解-溶剂热法制备了Bi₂O₃纳米粒子,然后利用简单的湿化学法在Bi₂O₃表面负载不同比例的TiO₂纳米颗粒,进而得到TiO₂/Bi₂O₃纳米复合体。通过气氛调控的表面光电压谱(SPS)等测试表明,表面负载适量的TiO₂后能够提高Bi₂O₃光生电荷分离。可见光催化产氢和降解污染物测试结果进一步证明,表面负载适量的TiO₂后可显著提高其可见光催化活性,其中Ti/Bi摩尔比为7%时具有最高的光催化活性。这主要归因于TiO₂具有较为合适的导带能级位置,可以接收Bi₂O₃在可见光激发下所产生的高能级电子,从而抑制光生电子-空穴对复合,并且维持了高能级电子较高的还原能力。     

新型核壳Ag@AgSeX纳米粒子析氢助剂:原位表面硒化以提升TiO2的光催化产氢活性

纯相光催化材料的产氢性能主要受限于较低的电荷分离效率和缓慢的界面催化反应速率.表面负载助催化剂因其能够实现快速转移光生电子和提供界面催化活性中心被认为是促进电荷分离和提升界面催化反应的有效手段.贵金属类材料,尤其是金属铂(Pt),被认为是光催化产氢领域的理想助剂,但储量低和价格昂贵严重制约了其大规模实际应用.因此,发展...     

TiO2-CeO2光催化吸附协同脱除柴油中的有机硫

采用共沉淀法制备TiO₂-CeO₂光催化吸附脱硫材料,通过低温N₂吸附脱附和X射线衍射等技术对TiO₂-CeO₂的物理化学性质进行了表征。结果表明,紫外光辐射显著提高了TiO₂-CeO₂的吸附脱硫性能;柴油中有机硫在TiO₂-CeO₂表面发生了光催化氧化转化为极性较强的砜类,可选择性地吸附在材料表面而被脱除。当TiO₂-CeO₂材料中钛铈物质的量比为9：1、煅烧温度为500℃时,其光催化吸附协同脱硫效果最好;在紫外光辐射下反应5 h,油品中DBT的脱除率高达99.6%。TiO₂-CeO₂光催化吸附协同脱硫工艺可有效解决吸附脱硫工艺中芳烃竞争吸附导致吸附脱硫选择性低的问题;在模拟油品中添加质量分数为25%的甲苯,反应7 h后油品脱硫率仍高达96.6%。TiO₂-CeO₂对不同硫化物的光催化吸附协同脱硫效果顺序为：4,6-DMDBT> DBT> BT。TiO₂-CeO₂经四次再生循环使用后,脱硫率没有明显降低。     

碳包覆Pd/TiO2光催化产氢协同胺类选择性氧化合成亚胺(英文)

负载型金属纳米催化剂由于其优异的光催化性能,被广泛应用于光催化产氢协同胺类氧化偶联合成高附加值亚胺体系。但在反应过程中,金属表面对H原子和亚胺表现出较强的吸附能力,导致了亚胺易于发生自氢化反应而生成仲胺,显著降低了亚胺的选择性。在本文中,我们证实了在Pd/Ti O₂表面构建超薄碳层(Pd/Ti O₂@C)是一种解决上述问题的有效策略。在Pd/Ti O₂表面构筑的超薄碳层可以有效调控H原子和亚胺在其表面的吸附行为,避免了光催化氧化偶联过程中亚胺的自氢化。因此,Pd/Ti O₂@C光催化剂在光催化产氢协同胺类选择性氧化合成亚胺体系中展现出优异的亚胺选择性。本研究提供了一种便捷有效的策略推动负载型金属纳米催化剂在光催化产氢协同合成高附加值产物体系中的应用。