Ti3+自掺杂的TiO2(A)/TiO2(R)/In2O3纳米异质结的制备与可见光催化性能

以TiCl₃和InCl₃为Ti源和In源,在不使用还原剂的条件下,首先通过液相沉淀反应制备前驱体沉淀,然后采用后续水热处理制备Ti³⁺自掺杂的TiO₂(A)/TiO₂(R)/In₂O₃纳米异质结,考察了水热处理温度对材料结构和性能的影响。利用X射线衍射、透射电子显微镜、X射线光电子能谱和紫外-可见漫反射光谱对样品进行表征。分别以罗丹明B和苯酚溶液为模拟废水评价了样品的可见光催化降解性能。结果表明,与纯的TiO₂、In₂O₃以及Ti³⁺自掺杂的TiO₂相比,Ti³⁺自掺杂的TiO₂(A)/TiO₂(R)/In₂O₃纳米异质结在可见光区有明显的吸收,并具有良好的可见光催化降解性能,200℃下水热处理24 h所得样品光催化降解罗丹明B的反应速率常数(0.0444 min^-1)分别是纯TiO₂和In₂O₃的17.76倍和8.71倍。瞬态光电流时间响应结果表明样品的光催化性能主要来源于TiO₂(A)/TiO₂(R)/In₂O₃纳米异质结导致的提高的光生电子和空穴分离效率。     

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。     

拓扑相变制备具有拓宽可见光响应范围的Ti~(3+)自掺杂3D空盒状TiO_2（英文）

TiO_2广泛用作半导体光催化材料,但由于自身对光利用率低(只吸收紫外光)、禁带宽度较大、光生载流子复合率极高,限制了它在相关领域的应用.为此,设计了Ti~(3+)离子自掺杂来克服TiO_2半导体材料的上述缺点,进而提高其光催化活性.在不引入其他元素的情况下,以TiOF_2为原料,Zn粉为还原剂,在水热条件下采用拓扑相变法原位制备了具有可见光响应的Ti~(3+)自掺杂空盒状TiO_2(记为Ti~(3+)/TiO_2)催化剂材料.掺杂金属离子可以改变半导体TiO_2的结晶度和产生晶格缺陷,形成电子或空穴的捕获中心,影响电子-空穴对的复合;同时,掺杂金属离子产生的晶格缺陷有利于Ti~(3+)和氧空位的形成,有利于提高TiO_2的量子效率.Ti~(3+)掺杂是一种既清洁又未引入其他金属离子的掺杂改性方法,它能有效保持催化剂的结构和形貌不受其他金属离子的影响.总之,金属离子掺杂有效拓展了TiO_2的光吸收范围,并极大地提高了TiO_2的光催化活性.本文研究了不同量的还原剂对催化剂空盒状TiO_2结构形貌影响,以及在可见光下光催化降解罗丹明B反应性能,发现Ti~(3+)/TiO_2催化剂均拥有非常好的光催化活性,其中R0.25催化剂在可见光下120 min,RhB降解率达到96%,是TiO_2的4倍多.且可循环使用5次的光催化循环降解实验后,表现出较高的稳定性.催化剂经过Ti~(3+)自掺杂后,对催化剂自身的空盒状结构形貌并无很大的影响,随着还原剂Zn粉的量增加,Ti~(4+)还原形成Ti~(3+)数量增加,导致形成更多的氧空位.皆为锐钛矿型TiO_2,与未掺杂Ti~(3+)的TiO_2比较发现,自掺杂Ti~(3+)的TiO_2的(105)XRD衍射峰越来越尖锐,(004)衍射峰越来越宽.随着还原剂Zn粉质量的逐渐增加,催化剂的光响应范围拓宽到可见光区,且逐渐增强.这说明Ti~(3+)的掺杂不仅提高了TiO_2在可见光的响应能力,也提高了TiO_2在紫外光范围的响应能力.另外,掺杂后的TiO_2禁带宽度的减小,使其价带上的电子更容易被可见光激发,产生更多的电子-空穴对参与光催化反应,从而提高TiO_2的光催化效率.     

PVA在提高TiO2/CdSe异质结光催化活性与抗光腐蚀性能方面的应用及机理

通过阳极氧化法和电化学沉积制备了TiO_2/CdSe异质结膜,并通过旋涂结合后续热处理的方法,在TiO_2/CdSe异质结膜上制备适量脱水态的聚乙烯醇(PVA)来提高TiO_2/CdSe异质结抗光腐蚀性能。采用XRD,SEM,FTIR,UV-Vis,PL,电化学测试,光催化降解罗丹明B等方法对样品的晶体结构、微观形貌、光电化学性能、光催化性能等进行了表征,并通过测定光降解体系中Cd2+的浓度,研究了纳米复合材料的抗光腐蚀性能。结果表明,与TiO_2/CdSe相比,TiO_2/CdSe/PVA纳米复合材料不仅具有更好的可见光光催化活性,还具有良好的可见光光催化稳定性和抗光腐蚀性能。同时,PVA的存在对光催化反应中的二次污染物Cd2+也有抑制作用。     

Ti4+掺杂制备花状SnO2/Sn3O4异质结微米球及其光催化性能

通过水热法制备了由层状纳米片堆叠而成的花球状Sn_3O_4及x%Ti-Sn O_2/Sn_3O_4(x%为Ti与Sn的物质的量之比)。采用X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、红外光谱和光电流响应等物理化学方法对合成的样品进行表征分析。结果表明,由于Ti~(4+)电负性及离子半径与Sn~(4+)相似,可以很好地进入Sn_3O_4晶格中替代Sn~(4+)形成替代掺杂,但不引起大的晶格畸变。同时,掺入Ti~(4+)后使得一部分Sn~(4+)直接与O结合生成纳米球状Sn O_2颗粒分散覆盖在Sn_3O_4表面,形成Sn O_2/Sn_3O_4异质结。光催化活性表明,x%Ti-Sn O_2/Sn_3O_4不仅具有较强的还原Cr~(6+)能力,而且拥有氧化降解有机污染物甲基橙和酸性橙Ⅱ的能力。催化活性的增强归因于x%Ti-Sn O_2/Sn_3O_4具有比较大的比表面积和更强的光吸收,同时Sn O_2/Sn_3O_4异质结的生成有效地提升了光生电子与空穴的分离效率。     

S掺杂的还原态TiO_(2-x)的制备及其可见光催化性能（英文）

作为一种稳定、价廉的光催化剂,TiO_2被广泛应用于各种污染物的降解;但是,较大的宽禁带(~3.2 eV)和较低的电子迁移率不仅使TiO_2很难吸收可见光,而且光生电子和空穴的复合几率高,从而导致TiO_2的总体光电效率不高.因此,设计能够被可见光激发、并具有快速光生电子传输的TiO_2一直是研究热点.研究表明,Ti~(3+)自掺杂的TiO_2(还原态TiO_(2-x))不仅能够被可见光激发,而且使TiO_2具有良好的电子导电性,从而有利于提高TiO_2的光电转换效率.另外,非金属元素的掺杂能够减小TiO_2的禁带宽度,使TiO_2能够响应可见光并具有良好的可见光催化性能,其中S元素的掺杂被广泛研究.目前,S掺杂纳米TiO_2的制备通常采用TiS2,单质S,硫脲、二甲亚砜等为S源,但这类原料通常价格昂贵或者具有一定的毒性,因而实际应用受到限制.而制备Ti~(3+)自掺杂TiO_2的方法大都是基于"还原法",在真空或强还原性气氛如H_2,CO中加热TiO_2,或采用高能粒子(电子、氩离子)轰击.在实际应用中,这些方法存在步骤多、条件苛刻、反应时间长和设备昂贵等不足.而且,还原法反应通常发生在颗粒的表面,形成的Ti~(3+)很容易被空气和水中的溶解O2氧化,降低材料的稳定性.虽然在温和的液相中还原Ti4+可用于制备Ti~(3+)掺杂的TiO_2,但是由于反应过程中有副产物生成,需要进行后续处理才能得到纯的Ti~(3+)自掺杂TiO_2.因此,设计一种简单的制备S掺杂还原态TiO_(2-x)光催化剂仍具有十分重要的意义.前期我们采用H_2O_2氧化TiH_2得到不同状态的前驱体凝胶,然后进行不同方式的后处理得到Ti~(3+)自掺杂的纳米TiO_2.本文以TiH_2和H_2O_2反应得到的黄色前驱体凝胶为Ti源,以价格低廉、无毒、稳定的二氧化硫脲为S源和还原剂,采用不同的方法制备了S掺杂的还原态TiO_(2-x)光催化剂.本文初步研究了在凝胶中加入二氧化硫脲后进行水热处理,以及将干燥的凝胶粉末与二氧化硫脲混合热处理对所得产物的影响.并与纯的TiO_2、还原态TiO_(2-x)和S掺杂TiO_2的光吸收、电化学、光催化性能进行对比研究.采用X射线衍射、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X-射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、比表面分析和电化学工作站等技术对产物的结构、形貌和光电性能进行了表征.以罗丹明B(RhB)溶液为模拟废水,考察样品的可见光催化性能.结果表明,不同的后续处理方式不仅影响S掺杂TiO_(2-x)的结晶性和形貌,而且影响产物的光吸收性能和电子传输性能,从而使不同条件下所得产物的可见光催化性能不同.其中,采用热处理方式得到的S掺杂TiO_(2-x)样品在可见光下降解RhB的速率分别是纯的TiO_2,TiO_(2-x)和S掺杂TiO_2的31,2.5和3.6倍,而且样品具有良好的循环稳定性.     

异质结型La_2Ti_2O_7/TiO_2复合纳米纤维的制备及光催化降解

以静电纺丝技术制备的TiO_2纳米纤维为模板和反应物,采用水热法合成了具有异质结构的La_2Ti_2O_7/TiO_2复合纳米纤维。将其作为光催化剂,在紫外光和可见光环境中,对模拟有机污染物罗丹明B进行光催化降解。采用XRD,SEM和HRTEM等分析测试手段对样品的组成及形貌进行表征,通过UV-vis漫反射光谱表征其光吸收性能及禁带宽度,测试光催化性能。结果表明:TiO_2纳米纤维形貌得以完好保持,La_2Ti_2O_7纳米晶粒均匀地生长在TiO_2纳米纤维表面形成异质结,减小了TiO_2的带隙宽度,光催化活性提高,光谱响应范围拓宽到可见光区。在紫外光和可见光下均具有良好的光催化活性。     

Bi/Yb3+,Er3+:TiO2复合纳米纤维的合成及光催化产氢性能

以静电纺丝技术制备的稀土Yb~(3+)和Er~(3+)共掺杂TiO_2纳米纤维为基质,结合水热法合成了Bi复合Yb~(3+),Er~(3+)∶TiO_2纳米纤维光催化剂。以三乙醇胺为牺牲剂,研究了Bi/Yb~(3+),Er~(3+)∶TiO_2的紫外、可见、近红外和全谱光催化产氢性能。结果表明:全谱光照5 h,产氢速率达到1 650.3μmol·g~(-1)·h~(-1)。Bi作为一种新兴的非贵金属具有独特的等离子体光催化或辅助光催化性能,能与稀土元素丰富的能级结构和特殊的上转换发光特性相结合。对TiO_2进行双重协同修饰改性,可以有效提高TiO_2纳米纤维的光催化活性。     

g-C3N4/Bi2O2CO32D纳米片复合材料的制备及可见光催化性能研究

采用自组装和化学沉淀法分别制得两种可见光驱动复合材料石墨相氮化碳/碳酸氧铋(g-C_3N_4/Bi_2O_2CO_3).采用X射线衍射光谱(XRD),紫外可见光谱、扫描电镜(SEM)、N_2吸附、电化学阻抗谱(EIS)和X射线光电子能谱(XPS)等分析手段对制备的催化剂进行了表征.结果表明,制备方法对纳米复合材料的晶相、形态及光学性能没有影响,但是影响g-C_3N_4和Bi_2O_2CO_3之间的相互作用力,导致光生电子-空穴对的分离速率存在显著差异.以可见光驱动苯酚和罗丹明B的降解实验为探针反应检测催化剂的光催化性能.实验结果表明自组装法得到的异质结催化剂中相互作用力更强,催化效果最高.O_2-是罗丹明B降解反应的主要活性物种,染料的光敏化、Bi_2O_2CO_3与g-C_3N_4综合效应,导致光生载流子电荷分离效率更高.     

氮掺杂TiO2/HTi2NbO7纳米片复合材料的制备及其可见光催化性能

首先采用高温固相法制备层状前驱体CsTi_2NbO_7,通过与硝酸进行质子交换反应可得到层状HTi_2NbO_7,然后将HTi_2NbO_7分散在四丁基氢氧化铵(TBAOH)溶液中进行剥离反应,得到HTi_2NbO_7纳米片悬浮液,并进行冷冻干燥处理。以尿素为N源,将冷冻干燥的HTi_2NbO_7纳米片与TiO_2前驱体(钛酸异丙酯)混合物进行高温焙烧处理,成功地合成了新型氮掺杂Ti O_2/HTi_2NbO_7纳米片(N-TTN)复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、高倍透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)、N_2吸附-脱附测试、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)及电化学测试等对材料的形貌、晶体结构、比表面积、孔分布和光吸收性能等进行表征与分析。研究发现锐钛矿型TiO_2纳米颗粒均匀地分散在HTi_2NbO_7纳米片表面,在两组分间形成异质结结构。通过在可见光下降解有机污染物罗丹明B(RhB)来评价不同样品的光催化活性。结果表明,N-TTN复合材料具有最优的光催化降解活性,活性的增强主要归功于N元素的掺杂、异质结的构筑、增大的比表面积和丰富的介孔结构。     

TiO_2光催化失活复活特性与表面NO_3~-浓度的关系

以乙醛作为活性标的,通过人为控制表面附着NO3-浓度,检测TiO2对乙醛的吸附能力和光催化降解能力,得出了TiO2光催化失活复活特性和表面附着NO3-浓度的定量关系。结果表明,表面附着NO3-浓度达到4.24wt%时,光催化降解能力降低50%;表面附着NO3-浓度达到10.50wt%时,TiO2的吸附能力降低50%;通过溢流状态下水洗2h,可除去98%的表面附着NO3-,使TiO2光催化活性复活。     

SO42-改性后的TiO2(锐钛和/或金红石)表面上MoO3的分散性质研究

采用红外(IR)、拉曼(Raman)、X-射线衍射(XRD)、程序升温还原(TPR)等方法考察了经硫酸根改性后的金红石(SR)与锐钛矿(SA)的混合比例变化时的负载型催化剂，MoO₃ / TiO₂(SR+SA)，的一些物理化学性质(如活性组分MoO₃的分散行为、表面酸碱性、氧化还原性)的变化规律。结果表明：对于MoO₃ / TiO₂(SR+SA)样品，低含量MoO₃表面分散时倾向于优先与混合载体中的改性金红石(SR)发生作用；TiO₂载体表面SO₄^2-的存在，使得载体表面产生了新的酸性位，导致样品中表面分散的钼物种主要以聚合八面体状态存在。     

Synthesis and nonlinear optical properties of BaTi(BO3)2 and Ba3Ti3O6(BO3)2 crystals in glasses with high TiO2 contents

The ternary BaO-TiO₂-B₂O₃ glasses containing a large amount of TiO₂ (20-40 mol%) are prepared, and their optical basicities (Λ), the formation, structural features and second-order optical nonlinearities of BaTi(BO₃)₂ and Ba₃Ti₃O₆(BO₃)₂ crystals are examined to develop new nonlinear optical materials. It is found that the glasses with high TiO₂ contents of 30-40 mol% show large optical basicities of Λ=0.81-0.87, suggesting the high polarizabity of TiO_n polyhedra (n=4-6) in the glasses. BaTi(BO₃)₂ and Ba₃Ti₃O₆(BO₃)₂ crystals are found to be formed as main crystalline phases in the glasses. It is found that BaTi(BO₃)₂ crystals tend to orient at the surface of crystallized glasses. The new XRD pattern for the Ba₃Ti₃O₆(BO₃)₂ phase is proposed through Rietvelt analysis. The second harmonic intensities of crystallized glasses were found to be 0.8 times as large as α-quartz powders, i.e., I^2ω(sample)/I^2ω(α-quartz)=0.8, for the sample with BaTi(BO₃)₂ crystals and to be I^2ω(sample)/I^2ω(α-quartz)=68 for the sample with Ba₃Ti₃O₆(BO₃)₂ crystals. The Raman scattering spectra for these two crystalline phases are measured for the first time and their structural features are discussed.     

La7O6(BO3)(PO4)2:Eu3+/Tb3+荧光材料的制备及其光致发光性能

采用优化的高温固相方法制备了稀土离子Eu³⁺和Tb³⁺掺杂的La₇O₆（BO₃）（PO₄）₂系荧光材料,并对其物相行为、晶体结构、光致发光性能和热稳定性进行了详细研究。结果表明,La₇O₆（BO₃）（PO₄）₂：Eu³⁺材料在紫外光激发下能够发射出红光,发射光谱中最强发射峰位于616 nm处,为⁵D₀→⁷F₂特征能级跃迁,Eu³⁺的最优掺杂浓度为0.08,对应的CIE坐标为（0.610 2,0.382 3）;La₇O₆（BO₃）（PO₄）₂：Tb³⁺材料在紫外光激发下能够发射出绿光,发射光谱中最强发射峰位于544 nm处,对应Tb³⁺的⁵D₄→⁷F₅能级跃迁,Tb³⁺离子的最优掺杂浓度为0.15,对应的CIE坐标为（0.317 7,0.535 2）。此外,对2种材料的变温光谱分析发现Eu³⁺和Tb³⁺掺杂的La₇O₆（BO₃）（PO₄）₂荧光材料均具有良好的热稳定性。     

Non-centrosymmetric Ba3Ti3O6(BO3)2

The compound previously reported as Ba₂Ti₂B₂O₉ has been reformulated as Ba₃Ti₃B₂O₁₂, or Ba₃Ti₃O₆(BO₃)₂, a new barium titanium oxoborate. Small single crystals have been recovered from a melt with a composition of BaTiO₃:BaTiB₂O₆ (molar ratio) cooled between 1100°C and 850°C. The crystal structure has been determined by X-ray diffraction: hexagonal system, non-centrosymmetric space group, a=8.7377(11) Å, c=3.9147(8) Å, Z=1, wR(F²)=0.039 for 504 unique reflections. Ba₃Ti₃O₆(BO₃)₂ is isostructural with K₃Ta₃O₆(BO₃)₂. Preliminary measurements of nonlinear optical properties on microcrystalline samples show that the second harmonic generation efficiency of Ba₃Ti₃O₆(BO₃)₂ is equal to 95% of that of LiNbO₃.     

TiO2/LaFeO3微纳米纤维的可控制备及光催化性能简

利用静电纺丝技术及水热合成法制备了TiO2/LaFeO3异质结构. 采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),X射线衍射(XRD),傅里叶变换红外(FTIR)光谱和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)等手段对TiO2/LaFeO3微纳米纤维的结构和表面形态进行表征. 通过亚甲基蓝(MB)光降解反应研究了其光催化性能. 结果表明,不完全碳化TiO2纤维表面的缺陷位点是LaFeO3纳米粒子的有利生长点. TiO2/LaFeO3异质结材料的带隙明显窄于TiO2,光催化活性得到提高;经140 min紫外光照射后,TiO2/LaFeO3异质结催化剂对MB的降解率为65.34%,分析和探讨了其光催化机理.     

Preparation and photocatalytic activity of Sb2S3/Bi2S3 doped TiO2 from complex precursor via gel-hydrothermal treatment

Sb₂S₃/Bi₂S₃ doped TiO₂ were prepared with the coordination compounds [M(S₂CNEt)₃] (M=Sb, Bi; S₂CNEt=pyrrolidinedithiocarbamate) as precursors via gel-hydrothermal techniques. The doped TiO₂ were characterized by XRD, SEM, XPS and UV-vis diffuse reflectance means. The photocatalyst based on doped TiO₂ for photodecolorization of 4-nitrophenol (4-NP) was examined. The optimal Bi₂S₃/Sb₂S₃ content, pH and different doped techniques have been investigated. Photocatalytic tests reveal that M₂S₃ doped TiO₂ via the gel-hydrothermal route performs better photocatalytic activity for photodegradation reaction of 4-nitrophenol (4-NP).     

溶剂热氧化少层Ti3C2 MXene制备二维TiO2/Ti3C2复合光催化剂

为了改善TiO_2光催化剂光生电子-空穴对复合率高、太阳光利用率低的缺陷,采用溶剂热法控制氧化剥离的少层Ti_3C_2MXene(DL-Ti_3C_2),制备TiO_2/DL-Ti_3C_2复合光催化剂,并通过降解罗丹明B溶液,研究其光催化性能。结果表明,TiO_2/DL-Ti_3C_2复合光催化剂能有效吸收可见光,且光催化性能明显优于DL-Ti_3C_2和P25。当溶剂热氧化温度为160℃时,复合材料具有最佳的光催化性能。当氧化温度过低时,催化剂中形成的TiO_2量不足,产生的光生电子-空穴对数量较少,导致催化剂性能较差;当氧化温度过高时,DL-Ti_3C_2减少,降低了材料导电性,光生电子-空穴对复合效率高,导致催化剂性能变差。因此,通过改变DL-Ti_3C_2的氧化温度,可以调控TiO_2/DL-Ti_3C_2复合材料中TiO_2和DL-Ti_3C_2的相对含量,使二者产生协同作用提高复合光催化剂的可见光催化活性。     

Hydrothermal synthesis and luminescent properties of Sb-doped Sr3(PO4)2

Sb³⁺-doped Sr₃(PO₄)₂ crystals has been synthesized using phosphoric acid, strontium hydroxide and antimony powder as the raw materials through a hydrothermal reaction method. The crystallinity and the microstructure were investigated using X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The photoluminescent property was investigated using luminescent spectrometer. Phase pure Sr₃(PO₄)₂ crystal was obtained and it has a shape of hexagonal rod. It showed the emission and excitation peaks at 396, 250, and 215 nm, respectively, indicating that the emission is attributed to ³P₁-¹S₀ transition and the excitation is attributed to ¹S₀-³P₁ and ¹S₀-¹P₁ transition. It was also observed that the intensity of photoluminescence is thermally stable up to 673 K.