与粉煤灰耦合增强碳掺杂TiO_2的可见光催化氧化能力（英文）

半导体光催化技术是利用太阳能消除有机污染物的最佳解决方案之一.二氧化钛(TiO_2)是在该领域应用最广泛的光催化剂,具有无毒、廉价、抗光致腐蚀等优异性能.然而,纯TiO_2在可见光下的光催化活性较差,这限制了TiO_2光催化技术的进一步发展和实际应用.对此,学者们进行了多方面研究来拓展TiO_2对可见光的吸收范围并提升其光催化活性.研究表明,对TiO_2进行碳掺杂是拓展其光吸收范围和增强其可见光催化活性的有效方法.粉煤灰是燃煤电厂原煤燃烧产生的一种固体废物.粉煤灰的随意堆积和不适当处置可导致土壤、空气、水甚至生态系统的严重污染.因此,粉煤灰的回收利用引起了许多研究者的关注.事实上,粉煤灰有其自身独特的优点,如无毒、低成本和化学/物理稳定性等.这些性质使得粉煤灰可以作为一种很有前景的催化剂载体材料.最近,很多学者以粉煤灰为载体合成了多种TiO_2/粉煤灰复合光催化剂,并对所制备催化剂的结构、性质及其光催化性能进行了研究.但是,将碳掺杂TiO_2与粉煤灰进行耦合的研究一直未见报道,而且关于粉煤灰载体对TiO_2光催化活性的促进机理,特别是粉煤灰负载对TiO_2能带结构及其光催化活性的影响仍缺乏深入和系统的研究.本文采用简单的溶胶浸渍+炭化的方法制备了碳掺杂TiO_2/粉煤灰载体(C-TiO_2/FAS)复合光催化剂.其中的碳掺杂组分源于合成过程中加入的有机成分(钛酸四丁酯、乙酸和乙醇),在负载及炭化过程中这些有机组分同步进入TiO_2体相及表面形成碳掺杂.采用多种表征方法对所制备的光催化剂进行了表征. XRD, SEM和XPS表征结果表明, C-TiO_2组分很好地包覆在粉煤灰球形颗粒表面.XPS和ATR-FTIR表征结果表明,随着C-TiO_2与FAS的耦合,C-TiO_2表面原有的羧基螯合结构被破坏,并在其界面上形成了Si–O–C和Al–O–Ti键.UV-VisDRS和VB-XPS表征结果表明,碳掺杂缩减了TiO_2的禁带宽度,显著拓展了光吸收范围.Si–O–C和Al–O–Ti键的存在引起了C-TiO_2价带边的正向移动,意味着光生空穴氧化能力增强.稳态PL及时间分辨PL表征结果表明, C-TiO_2/FAS光生载流子的复合率较低.在可见光催化活性测试中, C-TiO_2/FAS对甲基橙展示出较高的光催化降解效率,这主要是由于C-TiO_2/FAS较低的价带位置增强了光生空穴的氧化能力,进而提高了催化剂对甲基橙的降解效率.自由基捕获实验结果表明,在降解过程中光生空穴及超氧自由基是关键活性物种.此外,C-TiO_2/FAS可以很方便地通过自然沉降进行固液分离,并表现出很好的重复利用降解活性.     

铈掺杂TiO2光催化剂的制备及其催化性能

以TiCl4为原料、Ce(NO3)3·6H2O为稀土掺杂剂,制备了不同掺杂量的Ce/TiO2粉体,并进行了DTA-TG,XRD,SEM和TEM表征.实验主要考察铈掺杂对TiO2粉体的表面形状和光催化活性的影响.结果表明,掺铈能明显改善样品的团聚状态,有利于样品比表面积的增大.SEM和TEM对500℃的焙烧样品表征结果,掺杂样品二次颗粒的成孔性远好于没有掺杂的纯样品.掺杂量从m(CeO2)=0.5%增加到m(CeO2)=8%,样品的比表面积增加了74m2·g-1;活性评价结果表明,掺杂铈可有效提高催化剂的光催化活性,其中m(CeO2)=1%的样品活性最好.     

SO2-4/CeO2-TiO2光催化材料的制备与光谱表征

采用溶胶-凝胶法结合硫酸浸渍法制备了SO2-4/CeO2-TiO2复合氧化物.利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)、紫外-可见光漫反射光谱(UV-Vis)、X射线光电子能谱价带谱(VB-XPS)及荧光光谱(PL)技术对样品的结构、性质进行了表征,以光催化分解水制氢为模型反应,评价了样品的光催化性能.XRD,FTIR结合PL结果表明CeO2与TiO2的复合形成了异质结构,有利于提高光生电子与光生空穴的分离效率,对催化剂活性的提高有促进作用;Py-FTIR谱图证明SO2-4/CeO2-TiO2复合氧化物在表面具有Lewis酸性,Lewis酸性位的产生是由于SO2-4在样品表面的配位吸附所致,S O— 的诱导效应增强了表面金属得电子能力,从而进一步提升光生载流子的分离效率;UV-Vis及XPS价带谱分析说明,半导体氧化物复合能够缩减带隙,拓宽光响应范围,Lewis酸性影响复合氧化物的能带结构,使其导带底位置向负向移动,利于光催化还原能力的提高,进而促进其光催化制氢活性.光催化分解水制氢实验结果表明,SO2-4/CeO2-TiO2复合氧化物具有优于纯氧化物CeO2,TiO2及未经硫酸浸渍的CeO2-TiO2复合氧化物的催化活性,5 h的产氢速率为1934.1μmol·g-1·h-1.光谱分析结果结合光催化制氢活性评价结果表明,SO2-4/CeO2-TiO2复合氧化物的异质结构与酸浸渍是影响样品光催化性能的主要因素.     

铈掺杂TiO2光催化剂的制备及其催化性能

以TiCl4为原料、Ce(NO3)3·6H2O为稀土掺杂剂,制备了不同掺杂量的Ce/TiO2粉体,并进行了DTA-TG,XRD,SEM和TEM表征.实验主要考察铈掺杂对TiO2粉体的表面形状和光催化活性的影响.结果表明,掺铈能明显改善样品的团聚状态,有利于样品比表面积的增大.SEM和TEM对500℃的焙烧样品表征结果,掺杂样品二次颗粒的成孔性远好于没有掺杂的纯样品.掺杂量从m(CeO2)=0.5%增加到m(CeO2)=8%,样品的比表面积增加了74m2·g-1;活性评价结果表明,掺杂铈可有效提高催化剂的光催化活性,其中m(CeO2)=1%的样品活性最好.     

乙酸修饰Ag/TiO_2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/TiO_2,然后通过乙酸浸渍制备了HAc-Ag/TiO_2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TiO_2的修饰在TiO_2禁带中产生了"带尾",使TiO_2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/TiO_2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/TiO_2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/TiO_2上的降解率接近100%.