球磨法制备Tm3+和Tm2O3掺杂TiO2及光催化活性研究

为了提高TiO_2的光催化活性,优化球磨工艺,采用球磨法制备稀土金属Tm掺杂TiO_2光催化剂,在300W中压汞灯光照下,对模拟染料亚甲基蓝(MB)溶液进行降解,考察稀土金属Tm以离子态或氧化物掺杂TiO_2的光催化活性,探究球磨中掺杂比、球料比对TiO_2光催化活性的影响,并用XRD、UV-vis DRS、SEM-EDS等对催化剂进行表征。结果表明,Tm~~(3+)的存在可以诱导TiO_2产生晶格畸变,Tm~2O_3/TiO_2和Tm~~(3+)/TiO_2对可见光产生响应,禁带宽度分别降低至2. 97 eV和3. 05 eV。当催化剂投入量为0. 2 g·L~(-1),亚甲基蓝(MB)溶液浓度为25 mg·L~(-1),Tm~~(3+)/TiO_2和Tm~2O_3/TiO_2的最佳掺杂比分别为2. 5%和3%、球料比为4:1、球磨转速为500rpm时,Tm~~(3+)/TiO_2、Tm~2O_3/TiO_2和纯TiO_2的一级反应速率常数分别可达0. 0689 min~(-1)、0. 0562 min~(-1)和0. 0263min~(-1)。     

球磨法制备La_2O_3和La~(3+)掺杂TiO_2及光催化活性研究

采用球磨法制备了La_2O_3和离子态La掺杂TiO_2光催化剂,以300 W中压汞灯为光源,亚甲基蓝溶液为模拟废水,考察了掺杂比和球磨时间对样品光催化活性的影响。结果表明,当催化剂加入量为0.2 g·L~(-1),亚甲基蓝初始浓度为25 mg·L~(-1),La_2O_3和La~(3+)掺杂的最佳摩尔比分别为0.5%和3%,球磨时间为4个小时,La_2O_3/TiO_2,La~(3+)/TiO_2和纯TiO_2的一级反应速率常数k分别可达最大值为0.0467 min~(-1),0.0643 min~(-1)和0.0263 min~(-1)。     

Bi2WO6/UiO-66复合材料的制备及其光催化性能

通过水热法制备了一种复合光催化剂Bi_2WO_6/UiO-66,探究了模板剂乙酸(CH_3COOH)对Ui O-66形貌的影响和2种中心元素Bi与Zr的不同物质的量之比对光催化性能的影响。通过XRD、SEM、N_2吸附-脱附、UV-Vis DRS、XPS等对催化剂的物相、形貌、比表面积、光吸收性能、元素组成等进行表征。实验结果表明,当n_(Bi)∶n_(Zr)=2∶1时,Bi_2WO_6/UiO-66对罗丹明B(RhB)的光催化活性最高,可见光照射50 min后,RhB的相对浓度降低98.5%。经过5次循环利用实验,催化剂的光催化活性没有明显下降,说明复合光催化剂的稳定性高。根据自由基捕获实验证明了空穴(h~+)为光催化中起决定性作用的活性物质,结合电化学测试以及UV-Vis DRS表征提出了可能的光催化降解机理。     

Cu_3(PO_4)_2/TiO_2复合材料的制备及可见光催化性能研究

利用化学沉淀的方法,制备了一系列不同比例的Cu_3(PO_4)_2/TiO_2复合材料.采用紫外-可见漫反射谱(UV-Vis DRS)、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段,对Cu_3(PO_4)_2/TiO_2系列光催化剂进行了表征与分析.通过丙烯的光催化降解实验考察样品的可见光催化活性.结果表明,相比于纯Ti O2,Cu_3(PO_4)_2/TiO_2复合材料具有明显的可见光催化活性,当Cu3(PO4)2与Ti O2的质量比为2.5∶10时光催化活性最高,对丙烯的降解率达到46%.     

TiO_2/Bi_2WO_6纳米异质结的制备及其可见光光催化性能

采用共沉淀法制备了不同Ti/Bi摩尔比的TiO_2/Bi_2WO_6纳米异质结可见光光催化剂.采用XRD、HR-TEM、XPS及UV-vis DRS测试技术对样品的晶相结构、微观形貌、组成及吸光性能等进行了表征分析.以MB模拟环境污染物,考察了TiO_2/Bi_2WO_6纳米异质结的可见光光催化活性.结果表明,当热处理温度为700℃,n(Ti)∶n(Bi)的比值为1∶5.4,可见光照射180 min时,TiO_2/Bi_2WO_6纳米异质结对MB的降解率达80.0%,是纯Bi_2WO_6的12倍.光催化活性的提高可归因于TiO_2与Bi_2WO_6复合后可以产生能带交叠效应,从而促进光生电子-空穴对的有效分离.     

g-C_3N_4/Ag/TiO_2复合材料的构筑及其光催化性能（英文）

以合成的g-C_3N_4纳米片和Ag/TiO_2空心微球为原料,采用机械搅拌的方法构筑了g-C_3N_4/Ag/TiO_2三元复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见光漫反射(UV-Vis DRS)和光致发光光谱(PL)对g-C_3N_4/Ag/TiO_2进行了表征。研究表明,g-C_3N_4/Ag/TiO_2是由Ag/TiO_2微球和g-C_3N_4纳米片复合而成的。与TiO_2相比,其可见光响应范围延长,光生载流子的分离速率加快。在室温下,用降解罗丹明B的反应考察了g-C_3N_4/Ag/TiO_2的可见光催化活性。研究表明,光照180 min时,g-C_3N_4(0.5%)/Ag/TiO_2显示了最高的光催化活性(91.9%),分别是TiO_2和Ag/TiO_2的7.5和1.8倍。光催化活性的提高与合理的异质结构建和Ag的导电性能有关。     

火焰辅助热解方法制备Ag_2O/TiO_2及其光催化制氢性能

以钛酸丁酯和硝酸银为前驱体,采用一步火焰辅助热解法制备了Ag_2O/TiO_2光催化剂并研究了样品在紫外-可见光照射下的光催化制氢性能。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)对样品进行了表征。XRD结果表明TiO_2均为锐钛矿晶型,Ag的引入对XRD结果无明显影响。SEM图显示未修饰的TiO_2是微球形貌,随着引入Ag含量的增加,微球减少直至消失。通过XPS分析和化学沉淀法表明样品中Ag的存在形式为Ag_2O。UV-Vis DRS测试发现引入Ag后提高了样品的光吸收。前驱体中Ag的量影响样品的光催化活性,最高的光催化制氢的活性可以达到相同条件下的P25的15倍。对光催化反应后的样品进行分析,认为在光催化过程中部分Ag_2O通过光生电子转化为Ag形成Ag/TiO_2,进一步提高光催化制氢活性。     

Gd-N共掺杂SrTiO3/TiO2复合纳米纤维制备及光催化性能

以静电纺丝技术制备的TiO_2纳米纤维为基质和反应物,结合一步水热法制得Gd-N共掺杂SrTiO_3/TiO_2复合纳米纤维光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)和荧光光谱(PL)等方法对其微观结构、形貌和光学性能进行表征。结果表明:SrTiO_3和TiO_2形成异质结能够使光生电子和空穴得到很好的分离,而Gd-N共掺杂产生新带隙,可以拓宽光谱响应范围至可见光区,并引起晶格缺陷,成为光生电子-空穴对的浅势捕获阱。Gd-N共掺杂与异质结的协同作用有效提高了SrTiO_3/TiO_2复合纳米纤维的可见光催化活性。     

Ce掺杂Bi2MoO6/TiO2纳米纤维异质结的制备及可见光催化性能

以静电纺丝技术制备的TiO_2纳米纤维为基质,通过溶剂热法制备了异质结型稀土Ce掺杂Bi_2MoO_6/TiO_2复合纳米纤维。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)以及荧光光谱(PL)等分析测试手段对样品的物相、形貌和光学性能等进行表征。以罗丹明B为模拟有机污染物,研究了样品的可见光催化性能。结果表明:在稀土掺杂样品中,Ce离子进入Bi_2MoO_6晶格,部分取代Bi3+,导致晶胞膨胀,晶格畸变,形成缺陷;与TiO_2复合形成异质结,有利于光生电荷的产生、转移和有效分离,从而提高TiO_2纳米纤维的光催化活性。可见光照射180 min,罗丹明B的降解率达到95.1%。经5次循环光催化降解活性基本不变,样品具有良好的光催化稳定性。     

Bi@Bi2Sn2O7/TiO2等离子体复合纤维的制备及增强的光催化产氢活性

以电纺TiO_2纳米纤维为基质,采用一步水热法合成了Bi@Bi_2Sn_2O_7/TiO_2等离子体复合纤维光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)和光致发光光谱(PL)等分析测试手段对样品的物相、形貌和光电性能等进行表征。以三乙醇胺为电子给体,研究了Bi@Bi_2Sn_2O_7/TiO_2复合纤维光催化裂解水制氢的反应过程。结果表明:在水热过程中,Bi_2Sn_2O_7构筑在TiO_2纳米纤维表面形成p-n结的同时,部分Bi3+被葡萄糖还原成金属Bi沉积在Bi_2Sn_2O_7上。金属Bi的等离子体共振效应与p-n结的协同作用,有效提高了样品的光催化活性,产氢速率达到7.26 mmol·h~(-1)·g~(-1)。     

Application of beam irradiation in preparation of visible light responsive TiO2 films

TiO₂ films were prepared by sol-gel method. In order to improve the utilization of light, the technologies of implantation of transition metal ions (V⁺ and Cr⁺) and electron beam irradiation to deposit noble metal particles (Ag and Pt) were used. A red shift was found in the spectrum of modified TiO₂ films. The photocatalytic experiments showed that the photocatalytic ability under visible light irradiation could be improved dramatically by both the implantation of transition metal and the electron beam irradiation. __________ Translated from Chinese Journal of Catalysis, 2007, 28(1): 39–44 [译自: 催化学报]     

Performance of a photocatalytic hybrid system coupled with a stainless steel membrane for removal of humic acid

The objective of this study was to evaluate the performance of a photocatalysis/H₂O₂/metal membrane hybrid system in the degradation of humic acid. A metal membrane of nominal pore size 0.5 μm was used in the experiment for separation of TiO₂ particles. Hydrogen peroxide was tested as an oxidant. The efficiency of removal of COD_Cr and color increased rapidly for initial hydrogen peroxide concentrations up to 50 mg L⁻¹. The efficiency of removal of COD_Cr and color by 50 mg L⁻¹ initial hydrogen peroxide concentration was approximately 95 and 98%, respectively. However, addition of hydrogen peroxide over 50 mg L⁻¹ inhibited the efficiency of the system. Addition of hydrogen peroxide to a UV/TiO₂ system enhanced efficiency of removal of COD_Cr and color compared with no addition of hydrogen peroxide. This may be ascribed to capture electrons ejected from TiO₂ and to the production of OH radicals. Application of the metal membrane in the UV/TiO₂/H₂O₂ system enhanced the efficiency of removal of COD_Cr and color because of adsorption by the metal membrane surface and the production of OH radicals. By application of a metal membrane with a nominal pore size of 0.5 μm, TiO₂ particles were effectively separated from the treated water by metal membrane rejection. The photocatalytic metal membrane had much less resistance than the humic acid, TiO₂, and humic acid/TiO₂ because of the degradation of humic acid by the photocatalytic reaction.     

Visible-light-sensitive N-doped TiO<Subscript>2</Subscript> photocatalysts prepared by a mechanochemical method: effect of a nitrogen source

Nitrogen-doped titanium dioxide (N-doped TiO₂) photocatalysts were prepared by a mechanochemical method by using a high-speed ball milling of P25 TiO₂ with nitrogen sources such as ammonia solution, hexamine, and urea. Visible-light absorption was determined from the onset of diffused reflectance spectrum. The photocatalytic activity of the N-doped TiO₂ was evaluated through the removal of methylene blue (MB) under visible-light irradiation. The effects of nitrogen precursors used during the mechanochemical synthesis on the catalysts’ properties, such as the effective particle size, surface area, and photocatalytic activity, were extensively investigated.     

Ag3PO4/Ag2S/g-C3N4复合光催化剂的制备与性能

通过沉积法和离子交换法成功地制备了Ag_3PO_4/Ag_2S/g-C_3N_4复合型光催化剂。利用X射线多晶粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、N_2吸附-脱附等温线、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱等手段对样品进行了表征。通过降解罗丹明B考察其可见光催化活性及稳定性,研究了硫化钠与磷酸银物质的量的比值(n_(Na_2S)/n_(Ag_3PO_4))、g-C_3N_4添加量对所制备复合光催化材料性能的影响,同时对光催化机理进行了探讨。结果表明,随着n_(Na2S)/n_(Ag3PO4)的增加,所得复合催化材料活性先增加后降低;当n_(Na2S)/n_(Ag_3PO_4)为1.5%、g-C_3N_4与Ag_3PO_4的质量比为3∶7时制备的催化剂ASC1.5的光催化活性最好,在可见光照射下,40 min内可将罗丹明B完全降解,且5次循环使用后仍保持较高的催化活性。和Ag_3PO_4相比,Ag_3PO_4/Ag_2S/g-C_3N_4复合型光催化材料的活性与稳定性都得到明显提高,这主要归因于复合催化剂比表面积和孔结构的增加,载流子分离效率的提高。光催化机理研究表明,空穴(h~+)、超氧阴离子自由基(·O~(2-))和羟基自由基(·OH)都是光催化过程中的主要活性物种。三者作用大小依次为:h~+·O~(2-)·OH。     

Synthesis of visible light-activated TiO2 photocatalyst via surface organic modification

A visible light-activated TiO₂ photocatalyst was successfully synthesized by the surface organic modification to sol-gel-hydrothermal synthesized TiO₂. The surface hydroxyls of TiO₂ nanoparticles reacted with the active -NCO groups of tolylene diisocyanate (TDI) to form a surface complex that was confirmed by the FT-IR and XPS spectra. Due to the existence of surface complex, the absorption edge of as-prepared TDI-modified TiO₂ nanomaterial extended well into visible region. Compared with unmodified TiO₂ and Degussa P25, the TDI-modified TiO₂ photocatalysts showed higher activity for the photocatalytic degradation of methylene blue under visible light irradiation.     

SnO2/TiO2纳米管复合光催化剂的性能及失活再生

基于微波水热法和微乳液法合成SnO₂/TiO₂纳米管复合光催化剂. 通过X射线衍射（XRD）、配有能量色散X射线光谱仪（EDX）的透射电镜（TEM）和电化学手段对光催化剂进行表征. 以甲苯为模型污染物,考察光催化剂在紫外光（UV）和真空远紫外光（VUV）下的性能及失活再生. 结果表明,SnO₂/TiO₂纳米管复合光催化剂形成三元异质结（锐钛矿相TiO₂（A-TiO₂）/金红石相TiO₂（R-TiO₂）、A-TiO₂/SnO₂和R-TiO₂/SnO₂异质结）,促使光生电子-空穴对的有效分离,提高光催化活性. SnO₂/TiO₂表现出最佳的光催化性能,UV和VUV条件下的甲苯降解率均达100%,CO₂生成速率（k₂）均为P25的3倍左右. 但由于UV光照矿化能力不足,中间产物易在催化剂表面累积. 随着UV光照时间的增加,SnO₂/TiO₂逐渐失活,20 h 后k₂由138.5 mg·m^-3·h^-1下降到76.1 mg·m^-3·h^-1. 利用VUV再生失活的SnO₂/TiO₂,过程中产生的·OH、O₂^-·、O（¹D）、O（³P）、O₃等活性物质可氧化吸附于催化剂活性位的难降解中间产物,使催化剂得以再生,12 h后k₂恢复到143.6 mg·m^-3·h^-1. UV和VUV的协同效应使UV降解耦合VUV再生成为一种可持续的光催化降解污染物模式.     

掺镁钛酸钡纳米棒的水热合成和光催化性能

用水热法制备掺镁钛酸钡(Ba1-xMgxTiO3(x=0,0.10,0.20,0.30,0.40),BMT)纳米粉体。运用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见漫反射光谱技术(DRS)等手段对样品进行了表征,并在可见光照射下于溶液中考察了其光催化降解甲基橙反应活性。结果表明,通过控制氢氧根浓度可以得到不同形貌的纳米粉体。基于不同条件下制备的样品的微结构分析,提出了这些不同形貌的形成机制。制备出的BMT材料的带隙能约为2.61 eV。光催化反应结果表明BMT的光催化活性比掺氮TiO2高得多。OH-浓度为8 mol·L-1时制备的BMT纳米棒光催化效率最高,经可见光照射360 min,浓度为0.01 mmol·L-1甲基橙溶液的降解率可达到93.0%,且循环使用4次后,其光催化活性并没有明显降低,表明BMT是一种稳定有效的可见光催化剂.     

凹凸棒石/g-C3N4-AgFeO2复合材料制备及其光催化性能

以凹凸棒石(简称凹土,ATP)为基体,通过原位化学法一步直接合成g-C_3N_4薄层材料,并将其有效固载于凹土表面(ATP/gC_3N_4),再通过原位沉淀法引入不同比例AgFeO_2纳米颗粒,构筑系列兼具磁分离特性和高效光催化活性的ATP/g-C_3N_4-AgFeO_2-Y复合光催化剂(Y=wATP/g-C_3N_4/(wATP/g-C_3N_4+wAg FeO_2)×100%,表示ATP/g-C_3N_4在ATP/g-C_3N_4-AgFeO_2复合材料中所占的质量百分数)。采用XRD、SEM、BET、UV-Vis、PL和ICP表征其结构和物化性能,以酸性红G(ARG)为目标降解物,研究其光催化性能。研究发现:通过形成Si-O-C键,g-C_3N_4薄层被均匀固定在凹土表面;AgFeO_2纳米颗粒均匀沉积于ATP/g-C_3N_4表面并形成Z型异质结,ATP/gC_3N_4-AgFeO_2-Y具有比ATP/g-C_3N_4和AgFeO_2更优异的可见光光催化性能,且随着ATP/g-C_3N_4含量的增大呈先升高而后下降的趋势;当Y=57%时复合材料的性能最佳,ATP/g-C_3N_4-AgFeO_2-57%对20 mg·L-1酸性红G的降解率可达97.4%,循环4次使用后,降解率仍保持94.2%。通过自由基捕获实验研究了光催化反应机理,发现·O2-是光催化过程的主要活性物种。     

Characterization and activity of visible-light-driven TiO2 photocatalyst codoped with nitrogen and cerium

Nitrogen and cerium codoped TiO₂ photocatalysts were prepared by a modified sol-gel process with doping precursors of cerium nitrate and urea, and characterized by X-ray diffraction (XRD), thermogravimetry-differential scanning calorimetry (TG-DSC), X-ray photoelectron spectra (XPS) and ultraviolet-visible light diffuse reflectance spectra (UV-vis DRS). Results indicate that anatase TiO₂ is the dominant crystalline type in as-prepared samples, and CeO₂ crystallites appear as the doping ratio of Ce/Ti reaches to 3.0 at%. The TiO₂ starts to transform from amorphous phase to anatase at 987.1 K during calcination, according to the TG-DSC curves. The XPS show that three major metal ions of Ce³⁺, Ce⁴⁺, Ti⁴⁺ and one minor metal ion of Ti³⁺ coexist on the surface. The codoped TiO₂ exhibits significant absorption within the range of 400-500 nm compared to the non-doped and only nitrogen-doped TiO₂. The enhanced photocatalytic activity of the codoped TiO₂ is demonstrated through degradation of methyl orange under visible light irradiation.