TiO2薄膜的Ag改性及光催化活性

 用光化学沉积法对纳米TiO2薄膜进行了Ag改性,用漫反射紫外-可见光谱、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱分析了Ag-TiO2薄膜的光谱特征、表面形貌和表面组成. 以苯酚为模拟污染物,在不同波长光源及有氧和无氧条件下考察了Ag-TiO2薄膜的光催化活性. 结果表明,当银沉积量大于 0.0150 mg/cm2时, Ag-TiO2薄膜对紫外光的吸收发生了明显的蓝移,同时在346 nm附近出现了小的吸收峰且该峰随着银沉积量的增加逐渐向长波方向移动. 沉积在TiO2薄膜表面的银颗粒大小不均匀,主要以单质银的形式存在,也生成了部分Ag2O; 相对于TiO2薄膜, Ag-TiO2薄膜表面吸附氧的含量明显增大. Ag-TiO2薄膜的光吸收特性对其催化活性影响较大. 在低压汞灯及有氧参与的条件下,银沉积量为0.0523 mg/cm2的Ag-TiO2薄膜的催化活性最高, 其反应速率常数是TiO2薄膜的1.16倍. Ag+更易沉积在较大n值的Ag簇上,其颗粒大小不可能完全均匀. Ag-TiO2薄膜的光吸收特性、 Ag簇的大小以及Ag对O2的吸附作用是决定Ag-TiO2薄膜催化活性的主要因素.     

液相沉积法制备光催化活性掺铁TiO2薄膜

 通过在氟钛酸铵－氟铁酸混合溶液中加入硼酸溶液，应用液相沉积法制备了具有高光催化活性的掺铁TiO2薄膜．用ICP－AES测定了掺铁TiO2薄膜中Fe3＋的浓度，用XRD，AFM，UV－Vis和阶梯仪等对TiO2薄膜的沉积条件、结构、膜厚和性能进行了表征，并以亚甲蓝降解反应评价了掺铁TiO2薄膜的光催化活性．结果表明，在硼酸／六氟钛酸铵摩尔比为2～4时，掺铁TiO2薄膜中含有锐钛矿相TiO2．当掺Fe3＋浓度为0．05％，热处理温度为300℃时，掺铁TiO2薄膜具有最高的光催化活性，其光催化活性是未经热处理时的3．9倍，是经300℃热处理但未掺铁TiO2薄膜的1．4倍．     

Ga掺杂纳米TiO2薄膜的制备及其光电特性

利用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了Ga掺杂的TiO₂薄膜,并在真空中于550 ℃下进行了2 h的退火处理。采用XRD、SEM、UV-Vis和PL光谱对薄膜进行了表征。XRD结果提示,在溅射功率为200 W,室温下制备的TiO₂薄膜具有混晶结构,且退火后的晶粒有长大的趋势。SEM分析表明,掺Ga薄膜的颗粒分布得较为均匀并存在尺寸变小的趋势,且出现有利于提高光催化性能的岛状结构,其平均颗粒尺寸为50 nm。UV-Vis透过谱指出,掺Ga后的TiO₂薄膜吸收边发生了明显红移,且退火后进一步红移了10~50 nm。通过接触角的测量与计算可知,550 ℃退火2 h后的薄膜具有良好的亲水性。光催化降解结果表明：样品具有较强的光催化能力。当用低功率(15 W)紫外灯照射8 h后,Ga掺杂的纳米TiO₂薄膜样品对亚甲基蓝溶液的降解率最高可达到71.8%。     

Fe掺杂对纳米TiO2薄膜的结构与光催化性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Fe掺杂的TiO2薄膜,利用X射线光电子能谱、X射线衍射技术、显微共聚焦拉曼光谱、紫外可见光谱和原子力显微镜等对薄膜进行表征,以甲基橙为反应模型对光催化活性进行测试。 结果表明,在300~600 ℃焙烧时,TiO2以锐钛矿结构存在,700 ℃焙烧时出现金红石结构。 随掺铁量和焙烧温度的增加,Fe/TiO2薄膜的表面粗糙度和晶粒尺寸均逐渐增大;随镀膜层数的增加,Fe/TiO2薄膜光谱吸收向可见光方向移动;较低含量的铁掺杂改善了TiO2薄膜的光催化活性,而较高含量的铁掺杂则使TiO2薄膜的光催化活性下降,掺铁量为0.1%时Fe/TiO2薄膜的光催化活性最好。     

Ag-TiO2/蒙脱土复合纳米光催化剂的研究

本文以蒙脱土(简称MMT)为载体,利用四氯化钛水解法将纳米TiO2引入到蒙脱土层间,经500℃煅烧后得到稳定结构的TiO2柱撑蒙脱土,再通过化学还原法将金属银负载于其上,合成出载银/二氧化钛柱撑蒙脱土复合光催化剂(Ag-TiO2/MMT).通过XRD、IR、BET、AAS等分析方法对复合光催化剂的物相组成、键合状况、比表面积、元素含量等物化性质进行了表征.对降解亚甲基蓝的光催化活性测试表明具有如下的光催化活性序列:Ag-TiO2/MMT>TiO2/MMT>TiO2(P25),其中Ag-TiO2/MMT由于柱化后具有较大的比表面积和Ag的负载改性而具有最高的光催化活性.     

同轴静电纺丝法在纳米中空TiO2纤维中填充Ag的应用

以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶胶/钛酸四正丁酯和PVP溶胶/银颗粒为前驱体,以共轴静电纺丝法制备了银填充的TiO2中空纳米纤维.将双组分纤维在200℃下热处理去除乙醇与表面吸附水后,继而在空气气氛中焙烧至600℃,可以得到在内表面上沉积银颗粒的TiO2纳米管,银颗粒的直径为5-40nm,TiO2纳米管的外径150-300nm,管臂厚10-20nm.用红外吸收光谱（IR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等测试手段对超细纤维进行了表征.中空纤维的直径和管壁可以通过改变电纺参数来调节.与Ag-TiO2纳米纤维、TiO2纳米中空纤维、TiO2纳米纤维及TiO2纳米粉体相比较,Ag颗粒填充的TiO2纳米中空纤维在光分解亚甲基蓝上表现出了更好的光催化性能.     

同轴静电纺丝法在纳米中空Ti02纤维中填充Ag的应用

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶胶,钛酸四正丁酯和PVP溶胶,银颗粒为前驱体,以共轴静电纺丝法制备了银填充的TiO2中空纳米纤维.将双组分纤维在200℃下热处理去除乙醇与表面吸附水后,继而在空气气氛中焙烧至600℃.可以得到在内表面上沉积银颗粒的TiO2纳米管,银颗粒的直径为5-40 nm,TiO2纳米管的外径150-300 nm.管臂厚10-20 nm.用红外吸收光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等测试手段对超细纤维进行了表征.中空纤维的直径和管壁可以通过改变电纺参数来调节.与Ag-TiO2纳米纤维、TiO2纳米中空纤维、TiO2纳米纤维及TiO2纳米粉体相比较,Ag颗粒填充的TiO2纳米中空纤维在光分解亚甲基蓝上表现出了更好的光催化性能.     

电纺丝合成树枝状Ag-TiO2复合材料及光催化降解有机物

通过高压电纺丝方法合成TiO2纳米纤维, 以此为模板构建树枝状Ag-TiO2复合材料. 采用 X 射线衍射与扫描电镜对该材料进行结构与形貌表征. 与商品化的TiO2(P25)及TiO2纳米纤维相比, 该复合材料在亚甲基蓝的光催化降解过程中表现出更优异的催化性能.     

掺铈纳米TiO2薄膜制备及光催化降解甲醛甲苯

通过Sol-Gel工艺在玻璃表面及多孔陶瓷表面制得了均匀透明的掺铈纳米TiO2薄膜．通过SEM、XRD及UV-Vis等手段对玻璃表面掺铈纳米TiO2薄膜进行了表征．结果表明，薄膜表面无开裂现象、膜内部比表面积大、TiO2分布均匀．薄膜中出现的锐钛矿相在(101)面有一定的择优取向，且UV-Vis研究表明，掺铈纳米TiO2薄膜在近紫外的吸光度有明显提高．利用自行设计的反应器，以多孔陶瓷为介质，对甲醛、甲苯等有机物进行了光催化降解研究．结果表明，掺铈纳米TiO2薄膜对甲醛甲苯有极高的光催化降解效率，由于薄膜成本低廉，易于工业化，为净化室内空气开辟了新的途径．     

同轴静电纺丝法在纳米中空TiO2纤维中填充Ag的应用

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶胶/钛酸四正丁酯和PVP溶胶/银颗粒为前驱体, 以共轴静电纺丝法制备了银填充的TiO2中空纳米纤维. 将双组分纤维在200 ℃下热处理去除乙醇与表面吸附水后, 继而在空气气氛中焙烧至600 ℃, 可以得到在内表面上沉积银颗粒的TiO2纳米管, 银颗粒的直径为5-40 nm, TiO2纳米管的外径150-300 nm, 管臂厚10-20 nm. 用红外吸收光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等测试手段对超细纤维进行了表征. 中空纤维的直径和管壁可以通过改变电纺参数来调节. 与Ag-TiO2纳米纤维、TiO2纳米中空纤维、TiO2纳米纤维及TiO2纳米粉体相比较, Ag颗粒填充的TiO2纳米中空纤维在光分解亚甲基蓝上表现出了更好的光催化性能.     

银纳米颗粒负载TiO2复合薄膜的光催化活性及其光电流性质

制备了3种不同粒径的Ag纳米颗粒,将它们分别掺入二氧化钛溶胶, 制备成复合二氧化钛薄膜。利用TEM测定了Ag粒子的大小,测量TiO₂复合膜的光电流,以亚甲基蓝降解反应评价了Ag/TiO₂薄膜的光催化活性.结果表明,负载不同粒径Ag纳米粒子后,TiO₂薄膜的光电流和光催化活性均得到一定程度的提高.当负载平均粒径6.9 nm的Ag粒子后,薄膜具有最高的光电流和最强的光催化活性.     

射频磁控溅射制备纳米TiO2薄膜的光电化学行为

在室温下采用射频磁控溅射法制备了纳米晶粒的TiO2薄膜,用循环伏安法研究了ITO/TiO2薄膜电极的光电化学行为,并测量了相应TiO2薄膜的亲水性与光催化能力.结果表明,在室温下制备的TiO2薄膜为无定形结构,当退火温度超过400 ℃时转化为锐钛矿结构.在400 ℃下退火的TiO2薄膜具有良好的亲水性和光催化能力. TiO2薄膜电极用254 nm的紫外光照射一定时间后会产生新的氧化峰,且随着光照时间的增加,峰电流也增加.初步认为用紫外光照射一定时间后, TiO2薄膜的循环伏安图的氧化峰属于光生的Ti3＋,而光致亲水性可能与Ti3＋的生成有关.     

锰离子控制掺杂二氧化钛薄膜光催化活性增强的机理探讨

采用溶胶-凝胶法通过工艺控制制备了锰离子以不同形式掺杂TiO₂的光催化剂薄膜,并通过XPS和SEM对薄膜的结构进行表征.通过UV-Vis分光光度计及电化学工作站表征了薄膜的光吸收性能和光电化学性能,通过甲基橙溶液的光催化降解脱色率来表征催化剂薄膜的光催化活性.结果表明,以锰离子MT掺杂方式制备的TiO₂薄膜可明显增强TiO₂的光催化活性,而以MM掺杂方式制备的TiO₂薄膜反而降低了TiO₂的光催化活性;锰离子MT掺杂方式的最佳掺杂质量分数为0.8%.催化剂薄膜的电化学行为显示,薄膜具有p-n结的电容-电压特性,锰离子MT掺杂TiO₂薄膜的开路电位和瞬时光电流信号较强,说明其光生载流子易于生成并且分离效果较好.依据半导体的p-n结原理探讨了锰离子控制掺杂TiO₂的光催化活性机理.     

铂非均匀掺杂二氧化钛薄膜的光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了铂非均匀掺杂的二氧化钛薄膜, 并用UV-vis分光光度计及电化学工作站表征了薄膜的光吸收性能和光电化学行为, 通过对甲基橙的光催化降解动力学来表征催化剂的光催化活性. 结果表明 Pt非均匀掺杂可以明显增强二氧化钛的光催化活性, 而均匀掺杂的效果较差; Pt非均匀掺杂的最佳量为0.3 mol%. 催化剂薄膜的电化学行为显示: Pt非均匀掺杂二氧化钛薄膜的开路电压高, 交流阻抗小. 并从半导体的PN结原理探讨了Pt非均匀掺杂二氧化钛的催化活性机理.     

A new patterning method using photocatalytic lithography and selective atomic layer deposition

We report a new patterning method using photocatalytic lithography of alkylsiloxane self-assembled monolayers and selective atomic layer deposition of thin films. The photocatalytic lithography is based on the fact that the decomposition rate of the alkylsiloxane monolayers in contact with TiO2 is much faster than that with SiO2 under UV irradiation in air. The photocatalytic lithography, using a quartz plate coated with patterned TiO2 thin films, was done to prepare patterned monolayers of the alkylsiloxane on Si substrates. A ZrO2 thin film was selectively deposited onto the monolayer-patterned Si substrate by atomic layer deposition.     

Atomic layer deposition in nanometer-level replication of cellulosic substances and preparation of photocatalytic TiO2/cellulose composites

TiO2 replicas of filter paper with nanometer-level accuracy were prepared by atomic layer deposition of thin conformal TiO2 coating, followed by a removal of the paper by air-anneal at 450 degrees C. Photocatalytic anatase TiO2/cellulose composites were also made by leaving the paper intact. The TiO2 films were deposited from Ti(OMe)4 and H2O at 150-250 degrees C. The photocatalytic activity of the TiO2/cellulose composite was verified by photocatalytic reduction of Ag(I) from an aqueous solution to Ag nanoparticles on the TiO2 surface. The TiO2/cellulose composites are mechanically more stable than the free-standing TiO2 replicas and are therefore potentially suitable as lightweight, high surface area photocatalysts.     

The role of crystal phase in determining photocatalytic activity of nitrogen doped TiO2

Two series of nitrogen doped TiO(2) samples with different ratios of anatase to rutile phases were prepared by milling the mixture of P25 TiO(2) and C(6)H(12)N(4) in air and gaseous NH(3) atmosphere, respectively. Compared to air, NH(3) atmosphere plays an important role in delaying the crystallite transformation from anatase to rutile in the mechanochemical reaction of TiO(2) and C(6)H(12)N(4). In contrast to the previously reported results for pure TiO(2), it is found that nitrogen doped TiO(2) with higher content of rutile phase demonstrates higher photocatalytic activity in photodegrading pollutant Rhodamine B under both UV light and visible light irradiation (lambda>420 nm), and the amount of the surface-adsorbed water and hydroxyl groups on nitrogen doped TiO(2) have little correlations with their crystallite phases (anatase or rutile) and photocatalytic activity. The more abundant surface states characterized by photoluminescence spectroscopy together with the lowered valence band maximum of rutile TiO(2) by nitrogen doping are considered as the key factors for the higher activity of nitrogen doped TiO(2) with higher content of rutile phase.     

双晶型TiO2薄膜的低温制备及表征

采用溶胶-凝胶法低温制备了具有锐钛矿、板钛矿双晶型的TiO2薄膜. 分别利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、UV-Vis透光率曲线和原子力显微镜(AFM)等手段对所得TiO2溶胶和薄膜进行了性能表征. 采用光催化降解罗丹明B水溶液评价TiO2薄膜的光催化活性. 结果发现, 所得TiO2薄膜具有较高的透明度和光催化活性. 同时, 考察了溶胶回流温度对所制备TiO2薄膜性能的影响, 发现升高溶胶回流温度可以完善薄膜的晶型, 增大薄膜的粗糙度, 从而提高薄膜的光催化活性. 溶胶回流温度为100 ℃时所制备的TiO2薄膜具有最高的光催化活性.     

Relationship Between Photocatalytic Activity and Structure of TiO2 Thin Film

TiO2 thin films with different crystalline structures were prepared by the CVD method. The relationship between photocatalytic activity of a TiO2 thin film and its crystalline type was investigated. These films were characterized by XRD and AFM. Their photocatalytic properties were tested by the degradation of NO2-. The results showed that the crystalline structures of TiO2 thin films are primary anatase and/or rutile when the preparation temperatures were less than 573 K and higher than 773 K respectively. When the preparation temperature was around 623 K, the structures of TiO2 thin films were mixed crystalline structure, which showed the highest catalytic activity. When the ratio of rutile to anatase in TiO2 thin films fell between 0.5 and 0.7, the highest catalytic activity for the degradation of NO2- was found.     

铁、氮共掺杂二氧化钛薄膜的亲水性能

采用溶胶-凝胶法制备了铁掺杂TiO2(Fe-TiO2)薄膜, 将Fe-TiO2薄膜放置氨气气氛中高温处理, 形成铁、氮共掺杂TiO2(Fe/N-TiO2)薄膜. 通过XRD、XPS、SEM、UV-Vis法进行吸收光谱分析及薄膜表面亲水接触角分析, 研究了铁、氮掺杂浓度, 热处理温度, 膜厚等因素对薄膜亲水性能的影响. 结果表明, Fe/N-TiO2(0.5%Fe, 摩尔百分数)显示出更佳的亲水性能, 在可见光下优势尤为明显. 铁掺杂主要作用是降低电子和空穴的复合几率, 氮掺杂可以增强TiO2薄膜在可见光区的吸收, 两种效应相互结合, 共同提高了薄膜在可见光下的亲水性能.