不同基材上TiO2膜的表征和光催化活性评价

 采用溶胶-凝胶法在平行条件下制备了负载于钛、铝、不锈钢和玻璃等不同基材上的TiO2浸渍提拉膜,利用原子力显微镜、俄歇电子能谱、X射线衍射、漫反射紫外-可见光谱和苯甲酰胺光催化降解等手段对TiO2膜进行了表征和催化活性评价. 实验结果表明,基材的种类对TiO2膜的性能有较大影响,各膜样品虽均为锐钛矿晶型,但表面形貌显著不同. TiO2/Ti, TiO2/steel, TiO2/Al和TiO2/glass上TiO2的平均粒径分别是152, 205, 241和477 nm,且前两者的粒径分布较为集中. TiO2/Ti和TiO2/Al样品表面仅有Ti和O元素存在,而TiO2/steel和TiO2/glass表面则分别检测到有Fe和Na,Ca及Si等基材元素渗出. 各膜样品对苯甲酰胺光催化降解的活性次序是:TiO2/Ti＞TiO2/Al＞TiO2/glass＞TiO2/steel. 根据实验结果可以推测,在焙烧阶段各基材上前驱体膜烧结行为的不同以及基材元素的渗出是造成不同基材上的TiO2膜在表面形貌、化学组成、光吸收性能以及光催化活性方面存在明显差异的主要原因.     

纳米粒子TiO2/Ti膜的表征及其光催化活性

以钛酸四丁酯为原料，采用溶胶－凝胶法，在600℃焙烧制备了纳米粒子TiO2/Ti膜，并利用TG－DTA，XRD、SEM、XPS、PL、SPS和EFISPS测试技术，对膜样品进行了表征。结果表明，纳米粒子TiO2/Ti膜表面为高密度的均匀碎片结构，TiO2纳米粒子具有与国际P-25TiO2粒子相类似的组成、结构以及微晶尺寸；在纳米粒子TiO2/Ti膜的表面，Ti主要以＋4价化学态存在。而O主要以晶格氧、羟基氧和吸附氧3种化学态存在。以纳米粒子TiO2／Ti膜的PL光谱测试中，以260nm为激发波长，观察到了峰位在380nm处的PL光谱，该值与SPS信号的响应阈值是一致的，此PL光谱峰可能与导带低的电子向价带顶的能级跃迁有关，同时说明了TiO2纳米粒子的量子尺寸效应的影响要大于库仑作用能和表面极化能的影响。以310nm为激发波长，分别观察到了与锐钛矿和金红石相关的发光信号；以450nm为激发波长，观察到了与表面态相关的弱的发光信号。此外，在光催化降解苯酚实验中，当涂膜3次时，TiO2粒子膜达到最高的光催化活性。     

溶胶-凝胶法制备TiO2/玻璃膜和光催化降解玫瑰红B的研究

以Ti(OC4H9)4为原料采用溶胶－凝胶法制备了纳米TiO2／玻璃薄膜光催化剂，用X射线衍射法对催化剂的物相、粒径进行了表征。结果表明，薄膜中TiO2为锐钛矿晶型，粒径15－25nm。用X射线光电子能谱法分析膜的化学组成。磨擦学实验表明，TiO2／玻璃膜具有良好的减磨和抗磨性能。水中染料玫瑰红B的光催化氧化降解实验结果表明，TiO2膜对玫瑰红B玫解有很高的催化活性，其降解反应对时间和浓度均为一级反应，反应速率可用Langmuir-Hinshelwood方程描述。     

复合光催化剂CeO2/TiO2的制备及性能研究

采用溶胶-凝胶-浸渍法制备了CeO2／TiO2二元复合纳米光催化剂,用XRD、FTIR等对其进行了表征。以紫外灯为光源,直接耐晒兰(DFB)的脱色为模型反应,研究了CeO2／TiO2的光催化活性。结果表明：掺杂摩尔百分比x(CeO2)=1．44％、600℃煅烧2h时,该催化剂的催化活性最高,比纯TiO2高近1倍。DFB脱色的最佳条件为：pH9．0～10．0,投加量200mg／50mL,空气流量200mL／min。     

碳纳米管负载纳米TiO2复合材料的制备及其性能

采用溶胶-凝胶法, 以钛酸丁酯为原料, 将纳米TiO2负载在碳纳米管(CNTs)表面, 制备了CNT-TiO2光催化复合材料. 通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等手段研究了复合颗粒的形态结构及包覆情况, 通过UV-Vis漫反射谱分析比较了纯TiO2和CNT-TiO2的吸光性能, 并研究了不同温度热处理的CNT-TiO2光催化剂在紫外光照射下对甲基橙光催化降解的性能. 结果表明, 纳米TiO2颗粒以锐钛矿相存在, 紧密地包附在碳纳米管的管壁上, CNT-TiO2在紫外-可见光波长范围内均有较好的吸光性能, 450 ℃热处理后的复合光催化剂CNT-TiO2比纯TiO2对甲基橙光降解有更高的光催化活性.     

三维有序介孔/大孔TiO2微球的制备、表征及光催化性能

以聚甲基丙烯酸甲酯微球为模板,分别以钛酸四丁酯和四异丙醇钛为钛源,通过溶胶-凝胶法辅助模板法制得TiO2纳米微球前驱体,并用程序升温控制其焙烧温度,最终成功制得了具有三维有序介孔/大孔复合结构的TiO2微球.以罗丹明B(RhB)为模型污染物,探索了以不同钛源制备得到的介孔/大孔复合TiO2微球的光催化性能;并采用XRD、SEM、TEM、UV-vis DRS、比表面积测试、光催化性能测试等对样品的晶粒尺寸、物相、形貌、光吸收、比表面积及性能等进行了分析.结果表明,运用溶胶凝胶法辅助模板法能够合成结晶度高、形貌规整、比表面积大、光催化活性良好的锐钛矿相TiO2微球.     

磁功能性TiO2光催化剂的制备及特性

采用溶胶-凝胶法以Fe₃O₄为磁核制备了磁功能性光催化剂,以甲基橙为模拟污染物,考察了掺杂Fe比例、催化剂煅烧温度以及煅烧时间对催化剂活性的影响.催化剂的最佳制备条件为:Fe₃O₄掺杂Fe含量为5%,煅烧温度为450 ℃,煅烧时间为2 h.通过TG-DTA、XRD、UV-Vis、TEM对催化剂进行了表征,结果表明:制备的催化剂具有明显的核壳结构,原Fe₃O₄磁核经过高温煅烧被氧化;TiO₂包覆在磁核表面;催化剂的吸收带边发生红移,在可见光区的吸收强度有所增强;催化剂颗粒的平均粒径为20 nm.     

La掺杂TiO2光催化剂的制备与表征

用共沉淀法和溶胶-凝胶法制备了La掺杂TiO2光催化剂(La3 -TiO2),并以罗丹明B为模型反应物,进行了光催化降解实验.结果发现,共沉淀法制备的La3 -TiO2具有较高的光催化活性,当掺La量为1.0%、于800℃煅烧2 h时获得的催化剂活性最佳.用X射线衍射、N2吸附、扫描电镜和电子探针等手段测定了两种方法制备的典型样品的结构和粒度分布.两种方法制备的催化剂都是含有锐钛矿和金红石型TiO2的混合晶体,但共沉淀法制备的催化剂具有较高的锐钛矿含量、较大的晶粒和大孔/介孔的多级孔结构,这是其具有较高光催化活性的主要原因.     

溶胶—凝胶法制备负载型TiO2膜的研究

本研究采用溶胶－凝胶（Ｓｏｌ－Ｇｅｌ）法制备了负载型ＴｉＯ２膜，并采用ＳＥＭ、压汞等实验手段对Ｔｉ（ＯＨ）４溶胶和ＴｉＯ２膜进行了表征。实验表明：Ｔｉ（ＯＨ）４溶胶制备过程中Ｈ２Ｏ／Ｔｉ＾４＋、Ｃ２Ｈ５ＯＨ／Ｔｉ＾４＋的比值，溶胶在支承管上浸涂的时间、次数以及凝胶煅烧升温速度和煅烧温度均是制备负载型ＴｉＯ２膜的重要因素。最终制得一种无裂纹、２０μｍ厚、孔径分布在５０￣３００ｎｍ之间的负载型ＴｉＯ２     

掺铁TiO2纳米微粒的制备及光催化活性

采用溶胶-凝胶法制备了不同掺铁量的TiO2光催化剂,运用TG-DTA,XRD,SEM,DRS和测定光电导等方法对催化剂进行了表征.以高压汞灯为光源,罗丹明B为目标降解物,对其光催化活性进行了研究.实验结果表明,掺铁的TiO2比纯TiO2具有更好的催化活性.其原因:掺杂的铁作为受主捕获电子,使TiO2的n型半导体降低了光电导,控制了空穴和电子复合;同时掺杂的Fe3 可能形成杂质能级,由于掺杂能级处于禁带之中,使较长波长的光子也能被吸收,从而扩展吸收光谱的范围,增强了对可见光的吸收.     

镧系离子掺杂TiO2的制备及其对咪唑降解反应的光催化活性

 以TiCl4和镧系元素的氯化盐溶液为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备了不同含量镧系离子掺杂的TiO2光催化剂,用X射线衍射(XRD)、 光致发光光谱(PLS)、 表面光电压谱(SPS)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行了表征. XRD结果表明,样品为锐钛矿和金红石的混晶相,镧系离子未进入到TiO2晶格中. PLS和SPS测定结果表明,随着掺杂离子的不同和掺杂含量的不同,样品的谱强度呈现有规律的变化. 在紫外光照射下,以咪唑为目标降解物比较了催化剂的光催化活性. 结果表明,适当含量的镧系离子掺杂可有效促进TiO2表面光生载流子的分离,从而显著提高其光催化活性.     

高度分散的Pt/TiO2的制备及光催化活性

用柠檬酸作为空穴捕获剂和分散剂, 在温和条件下用光催化还原法将3 nm金属铂沉积在7 nm的锐钛矿相及介孔二氧化钛纳米晶表面. TEM观察显示铂的负载量为w＝1.0%时, 多数二氧化钛纳米晶表面沉积了岛状的铂团簇, XPS和电子衍射结果表明铂以游离态存在. 负载w＝1.0%～2.0%铂的TiO₂在苯酚光氧化反应中活性显著提高. Pt/TiO₂在氨气中经550 ℃氮化, 可制得氮掺杂的Pt/TiO₂可见光光催化剂, 氮化过程中铂团簇没有烧结和显著长大.     

SO4^2—／TiO2固体酸催化剂的酸强度及光催化性能

SO4^2-/TiO2固体酸可用于光催化降解溴代甲烷,其光催化性能明显优于TiO2光催化剂,晨相同反应条件下,SO4^2-/TiO2的光催化活性比TiO2提高2－10倍,当H2S4浸渍液浓度为1mol/L时,制得的SO4^2-/TiO2酸性最强（H0＜－12.14）,具有超强酸性和最高的光催化活性。     

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.     

高度分散的Pt/TiO2的制备及光催化活性

用柠檬酸作为空穴捕获剂和分散剂,在温和条件下用光催化还原法将3nm金属铂沉积在7nm的锐钛矿相及介孔二氧化钛纳米晶表面,TEM观察显示铂的负载量为w=1．0％时,多数二氧化钛纳米晶表面沉积了岛状的铂团簇,XPS和电子衍射结果表明铂以游离态存在．负载w=1．0％～2．0％铂的TiO2在苯酚光氧化反应中活性显著提高,Pt/TiO2在氨气中经550℃氮化,可制得氮掺杂的Pt／TiO2可见光光催化剂,氮化过程中铂团簇没有烧结和显著长大。     

孔道结构H3PW12O40/TiO2的制备及其可见光光催化降解水溶性染料的性能

 采用溶胶-凝胶方法制备了孔道结构复合材料H3PW12O40/TiO2,采用ICP-AES,UV/DRS,31P MAS NMR,TEM和N2吸附等技术对其组成和结构进行了表征. 结果表明,催化剂中活性组分H3PW12O40的基本骨架结构未发生改变,H3PW12O40的担载量为22.29%,催化剂平均粒径为40 nm,具有双孔结构,其平均微孔和介孔孔径分别为0.61和3.06 nm. 考察了催化剂可见光光催化降解6种水溶性染料的性能. 结果表明,6种染料均可不同程度地被降解和矿化. 通过对染料中性红的光催化降解实验,比较了H3PW12O40/TiO2,Degussa P-25和锐钛矿结构TiO2的可见光光催化活性,其中,H3PW12O40/TiO2活性最高,且催化剂最易分离,可循环使用.     

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％．     

铁、氮共掺杂二氧化钛粉末的制备及光催化活性

Using TiCl₄ as the titanium source, nanoparticles of TiO₂ doped with nitrogen(N-TiO₂) were synthesized by triethylamine. TiO₂ powder codoped with iron and nitrogen(Fe/N-TiO₂) were prepared by adsorption-deposition of Fe³⁺ on N-TiO₂ and calcining at 400 ℃ for 2 h. From the XPS results for N1s binding energy at 399.6 eV and 396.6 eV, it is proposed that the partial N atoms as substitution atoms replace for O atoms in TiO₂ lattice. The onset of the absorption spectrum of Fe/N-TiO₂ has a 45 nm red-shift compared with that of TiO₂. The results of photocatalytic degradation of methylene blue solution indicate that Fe/N-TiO₂(0.45% Fe³⁺) has a higher activity. Its photocatalytic activity is about 2 times as high as that of pure TiO₂ under UV-light, and 3 times under sunlight. Doping of nitrogen in TiO₂ enhances photoresponse in visible light region and doping of Fe³⁺ reduces the recombination of electrons and holes. Both of the above effects are beneficial for improving the performances of Fe/N-TiO₂ photocatalyst.     

WO3-TiO2薄膜型复合光催化剂的制备和性能

 采用溶胶－凝胶法在多孔钛片上制备了WO3－TiO2薄膜型复合光催化剂,并用甲基橙的光催化降解反应对所得薄膜型催化剂的活性进行了评价．实验结果表明：x（W）＝0．5％,涂覆层数为3层,在500℃焙烧1h的WO3－TiO2薄膜型光催化剂的活性最高,比纯TiO2薄膜高出96．7％．此时多孔钛片上负载的TiO2以锐钛矿和金红石两种晶形存在,表明适量W的掺入可使TiO2的相转变温度显著降低．     

AgBr/TiO2异质结型复合可见光催化剂的制备及其光催化活性

以钛酸四丁酯、KBr、AgNO3为前体,合成了具有异质结结构的纳米AgBr/Ti O2复合可见光催化剂.利用XRD、TEM、HRTEM和UV-Vis等方法对催化剂的晶相组成、形貌、粒度、微观结构、吸光性能等进行了表征.光催化降解亚甲基蓝活性结果表明,复合与单组分催化剂的光催化活性顺序为:AgBr/Ti O2AgBrAg-Br/P25P25Ti O2.含光敏剂AgBr的复合及单组份催化剂由于具有对可见光的良好吸收性能而具有较高的光催化活性.对于AgBr/Ti O2光催化剂,随mAgNO3/mTi O2比的增加,光催化活性先增强后减弱,当mAgNO3/mTi O2=3.35时光催化活性最高,分析结果表明,该复合催化剂粒径约15 nm,分散均匀且形成了紧密接触的AgBr/Ti O2异质结微结构,在紫外可见区(250～800 nm)都具有最强的光吸收.