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.     

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.     

异质结型AgI/AgBr/TiO2催化剂的制备及其光催化性能

首先以沉积-沉淀法制备AgBr/TiO₂复合催化剂,然后采用离子交换法制备出新型的异质结型AgI/AgBr/TiO₂光催化剂.利用XRD和UV-Vis对AgI/AgBr/TiO₂光催化剂进行了表征.以甲基橙为染料模型,在可见光条件下(500 W、λ>420 nm)研究了AgI的含量对AgI/AgBr/TiO₂催化活性的影响.结果表明,AgI拓展了催化剂的吸收光谱范围;AgI生成量为AgBr的5%时,AgI/AgBr/TiO₂的催化活性最高.AgI/AgBr异质结的形成有利于光生电子和空穴的分离,提高AgI/AgBr/TiO₂的催化活性.     

TiO2/SiO2复合材料的制备与表征

以钛酸四丁酯和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶凝胶法和水解法相结合,在室温下制备了两种形态的TiO2/SiO2复合材料.采用透射电镜、傅里叶红外光谱、X射线衍射和紫外-可见光谱等测试方法对所得复合材料进行了表征,并对其光催化降解甲基橙溶液的性能进行了研究.结果表明:对TiO2进行表面处理制备的TiO2/SiO2复合材料比以SiO2为载体制备的TiO2/SiO2复合材料在光催化和抗紫外线性能上更优异.     

纳米尺度TiO2聚苯胺多孔膜电极光电化学研究

用光电流作用谱，光电流－电势图等光电化学方法研究了ＴｉＯ２／聚本胺复合多孔膜电极在不含氧化还原和含有没氧化还原对体系中的光电转换过程。结果说明，ＴｉＯ２／聚苯胺复合多孔膜电极为双层ｍ－型半导体结构，ＴｉＯ２多孔膜的禁带宽度为３．２ｅＶ，外层聚苯胺膜的禁带宽度为２．８８ｅＶ。     

Sol—Gel Template Synthesis and Photocatalytic Activity of TiO2 Nanofibrils Loaded on Al2O3 Template

TiO2 nanofibrils were prepared within the pores of alumina template membranc by use of sol-gel chemistry ,The TiO2 nanofibrils have good crystallinity and size,There is agglomcration frce among the particulates of TiO2 and the fibrils show high catalytic activity.     

掺硼纳米TiO2的制备及光催化性能研究

采用改进的Sol-gel方法,制备了单分散椭球形微孔结构的掺B纳米TiO₂光催化剂,并用TG-DTA、XRD、XPS、UV-Vis、TEM、BET等手段进行表征.以难生化降解的染料罗丹明B为目标降解物,采用HPLC检测,通过不同光照时间下染料降解率考察了产物的光催化活性.结果表明,改进的Sol-gel法制得的光催化剂具有明显的孔结构,而且比表面积大、孔径分布窄、粒径小、分散性好;适量B的掺杂能够有效促进TiO₂纳米粒子的光催化活性.最佳催化剂制备条件:B掺杂的摩尔分数为20%、450℃煅烧2 h,此时所制得的B-TiO₂光催化剂活性比纯TiO₂有显著提高.     

LaNiO3/TiO2纳米管阵列的电化学制备及其光催化性能

利用脉冲电沉积与高温退火相结合的方法制备了镍酸镧(LaNiO₃)纳米颗粒负载的二氧化钛(TiO₂)纳米管阵列. 修饰于TiO₂纳米管阵列上的LaNiO₃纳米颗粒粒径小（< 10 nm）、分布均匀、负载量可控,一些LaNiO₃纳米颗粒沉积于TiO₂纳米管内. 紫外可见吸收光谱显示,LaNiO₃/TiO₂纳米管阵列的吸收带边较TiO₂纳米管阵列明显红移,可见光吸收明显增强. 可见光下光催化降解罗丹明B（RhB）的结果表明,脉冲循环沉积500次制得的LaNiO₃/TiO₂纳米管阵列的光催化活性最佳,其对RhB光催化降解速率是TiO₂纳米管阵列的3.5倍,并且表现出极好的光催化稳定性.     

吸附剂负载TiO2光催化研究进展

TiO2光催化在废水处理、空气净化等环保领域展示出诱人前景.纳米TiO2光催化剂的负载化是实现其产业化的关键步骤之一.多孔吸附剂与纳米TiO2复合可提供对污染物的高浓度吸附环境,提高TiO2分散度,解决催化剂分离难题,是光催化领域的研究热点之一.本文对近年来国内外多孔吸附剂与纳米TiO2复合的发展情况进行了综述,着重介绍了负载型TiO2光催化剂的固定化方法、多孔吸附剂类型以及负载对光催化活性的影响机理.     

纳米TiO2薄膜耦合光催化氧化还原反应脱除水中无机氮

由溶胶-凝胶法制备了固定化二氧化钛薄膜,研究了薄膜催化剂光催化脱除含氨氮-亚硝酸氮混合液中无机氮的活性.考察了溶胶制备工艺、催化反应条件(尤其pH)对光催化活性的影响.实验证明:酸性条件有利于亚硝酸氮的还原,碱性条件有利于氨氮的氧化,通过调节pH可以获得光催化氧化氨氮和还原亚硝酸氮耦合效果.如果加入甲酸维持酸性务件,反应0.5 h后再将pH调回碱性,可以大大提高光催化脱氮的效果:经过2 h的光催化反应,二氧化钛膜催化总氮去除率可达50%以上.经多次试验证明附载二氧化钛薄膜不脱落,光催化活性未见减弱,可重复利用.提出了光催化脱氮的反应机理.     

Ag2O/TiO2纳米线异质结的制备及可见光催化性能

采用化学沉积法制得了氧化银/二氧化钛纳米线异质结(Ag₂O/TNWs)可见光催化剂. 应用扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂进行表征, 并以甲基橙降解为模型反应研究了其光催化性能. 结果表明, 与负载等量氧化银的二氧化钛纳米粒子(Ag₂O/P25)催化剂相比, Ag₂O/TNWs纳米线异质结具有优异的一维增强可见光催化性能.     

介孔TiO2-ZnO复合薄膜的制备与表征

以三嵌段聚合物P123为模板剂, 以钛酸异丙酯和二水乙酸锌为无机前驱体, 利用溶胶-凝胶法和旋涂法成功地制备了不同ZnO含量的介孔TiO2-ZnO复合薄膜. 在ZnO前驱体摩尔分数为0~50％范围内获得薄膜质量较高的介孔TiO2-ZnO复合薄膜. 用小角XRD、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、能谱仪(EDS)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)及X射线光电子能谱(XPS)对所得的复合薄膜进行了表征和分析. EDS和XPS等研究证明介孔薄膜为TiO2和ZnO的复合体系, 且ZnO前驱体含量的增加仍能保持TiO2-ZnO复合薄膜的均匀性. UV-Vis研究结果表明, 介孔复合薄膜的光学带隙宽度为3.45-3.58 eV, 随着ZnO含量的增加, 复合薄膜的紫外吸收蓝移.     

掺磷二氧化钛的制备及其光催化性能研究

以TiCl4为原料,在低温下分别制备了纯二氧化钛和掺磷二氧化钛水溶胶,通过XRD、TEM、FT-IR、UV-vis等进行了表征。结果表明,两类样品中的TiO2颗粒均呈锐钛矿型晶相结构,粒径小于10nm,但是掺磷二氧化钛比纯二氧化钛的结晶度更高,颗粒分散更均匀,且禁带宽度和吸光度也有一定的增大,同时掺磷二氧化钛中的磷有效地溶入二氧化钛晶格中。通过对亚甲基兰的光催化降解表明,掺磷二氧化钛水溶胶的光催化性能比纯二氧化钛水溶胶大约提高了2倍。     

二氧化钛包裹碘单质(I2/TiO2)制备及其光催化降解苯酚

采用水热法,以Ti(SO₄)₂为钛源,KIO₃为掺碘剂制备了具有高可见光活性,高稳定性的二氧化钛包裹碘单质(I₂/TiO₂)光催化剂.利用X射线光电子能谱(XPS)、X射线晶体粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和紫外可见漫反射光谱(DRS)等表征手段对样品进行表征.结果表明,I₂/TiO₂中除含有锐钛矿相二氧化钛外、还含有碘单质和碘酸;I₂/TiO₂粒径大小为45 nm左右;在波长384 nm至700 nm范围内,该催化剂有强烈的吸收.探讨了该催化剂的形成过程和可见光催化机理.以苯酚降解反应为探针,测定了I₂/TiO₂光催化活性.结果显示:在全谱光源照射下I₂/TiO₂活性略高于P25,在可见光范围内其活性是P25的3倍多.确定了降解苯酚的最佳条件:全谱光源照射,投加量为0.5 g/L,苯酚浓度大于10 mg/L,溶液pH为3.2.I₂/TiO₂重复使用4次后,催化活性没有明显下降.     

中孔TiO2的制备与表征

以聚氧乙烯十二烷基醚为模板剂,钛酸四丁酯为钛源制备了中孔TiO2,探讨了焙烧温度和掺杂对中孔TiO2结构的影响。利用XRD,TEM,FT-IR和N2吸附等对其结构进行了表征。结果表明,中孔TiO2具有较大的孔径和较高的热稳定性;钇掺杂使中孔TiO2的比表面积和孔体积增大及热稳定性提高。以噻吩加氢脱硫为探针反应,考察了以中孔TiO2为载体的Ni基催化剂的催化活性,钇掺杂能提高其催化活性。     

B,N共掺杂的In2O3/TiO2制备与光催化产氢性能研究

为拓宽TiO₂的光吸收范围以及提高光生载流子的利用率,本工作利用B,N共掺杂改性的方法,通过聚合物前驱体法设计并制备了In₂O₃改性的TiO₂光催化剂.在前驱体合成中引入了聚乙二醇（PEG）作为致孔剂.PEG在前驱体转化为无机氧化物的热处理过程中分解离去、形成介孔等不同尺度的孔隙,提高了样品的比表面积.异质结结构在产物中得到有效构筑,带隙宽度由P25的3.09 eV缩窄至2.71 eV（样品IT-500,500℃退火产物）.B,N掺杂进入TiO₂晶格内,形成了Ti-N-B和Ti-O-B结构,同时也存在N的填隙掺杂,有助于带隙的缩窄、并拓宽可见光吸收范围.In₂O₃/TiO₂异质结结构的构筑,促进了电子-空穴对的分离与转移,提高了光生载流子的利用率.在大于380 nm可见光的照射下,样品IT-500的可见光催化产氢速率达到了5961 μmol·g^-1·h^-1,催化剂经过分离回收后进行循环实验,仍能保持良好的光催化活性.为了进一步提高其回收性,利用气纺丝制备了B,N掺杂的In₂O₃/TiO₂纳米纤维棉,在最佳焙烧温度500℃下,所获得的纤维棉状光催化剂的氢气产生速率达到1186 μmol·g^-1·h^-1,纤维棉简化了回收再利用的过程,经过5次循环实验后仍能达到初始产氢速率的97%.     

Two‐Dimensional Hollow TiO2 Nanoplates with Enhanced Photocatalytic Activity

Two‐dimensional anatase TiO₂ hollow nanoplates were firstly synthesized through a facile synthesis route by using α‐Fe₂O₃ nanoplates as removable templates. Two‐dimensional hollow TiO₂ nanoplates with different ratios of anatase and rutile phases were obtained by adjusting the calcining temperature. The average diameters were around 600 nm, and the shell thickness was approximately 30 nm. The photocatalytic performance of TiO₂ was investigated by decomposing rhodamine B under simulated sunlight. Among the TiO₂ samples, the anatase TiO₂ hollow nanoplates manifested a significant enhancement in the photocatalytic performances. The excellent catalytic performance can be attributed to the unique structure of the two‐dimensional anatase TiO₂ hollow nanoplates, including a large surface area and increased dye–photocatalyst contact areas as well as more active sites for photodegradation.     

A Dewetted‐Dealloyed Nanoporous Pt Co‐Catalyst Formed on TiO2 Nanotube Arrays Leads to Strongly Enhanced Photocatalytic H2 Production

Pt nanoparticles are typically decorated as co‐catalyst on semiconductors to enhance the photocatalytic performance. Due to the low abundance and high cost of Pt, reaching a high activity with minimized co‐catalyst loadings is a key challenge in the field. We explore a dewetting‐dealloying strategy to fabricate on TiO₂ nanotubes nanoporous Pt nanoparticles, aiming at improving the co‐catalyst mass activity for H₂ generation. For this, we sputter first Pt‐Ni bi‐layers of controllable thickness (nm range) on highly ordered TiO₂ nanotube arrays, and then induce dewetting‐alloying of the Pt‐Ni bi‐layers by a suitable annealing step in a reducing atmosphere: the thermal treatment causes the Pt and Ni films to agglomerate and at the same time mix with each other, forming on the TiO₂ nanotube surface metal islands of a mixed PtNi composition. In a subsequent step we perform chemical dealloying of Ni that is selectively etched out from the bimetallic dewetted islands, leaving behind nanoporous Pt decorations. Under optimized conditions, the nanoporous Pt‐decorated TiO₂ structures show a>6 times higher photocatalytic H₂ generation activity compared to structures modified with a comparable loading of dewetted, non‐porous Pt. We ascribe this beneficial effect to the nanoporous nature of the dealloyed Pt co‐catalyst, which provides an increased surface‐to‐volume ratio and thus a more efficient electron transfer and a higher density of active sites at the co‐catalyst surface for H₂ evolution.     

多孔二氧化钛微球的制备、表征及其光催化性能

以Lutensol TO(异构十三醇聚氧乙烯醚)系列非离子表面活性剂为辅助剂,采用溶胶-凝胶法制备了比表面积高、孔径分布窄的锐钛矿型TiO2多孔微球,并用透射电镜、扫描电镜、热重-差热分析、X射线衍射和氮吸附进行了表征.以亚甲基蓝降解为模型反应评价了其光催化性能,并与商品化TiO2Degussa P25进行了比较.实验结果表明,样品在425℃焙烧后,形成具有孔状结构的锐钛矿型TiO2微球,粒径为0.7~1.0μm,比表面积为70.5 m2/g,总孔容为0.12 cm3/g,平均孔径为4.26nm,晶粒尺寸为12 nm.这种多孔TiO2微球具有较高的催化活性,与Degussa P25纳米TiO2的催化活性相当.