TiO2/Bi2O3纳米复合体的制备及可见光催化产氢性能

首先采用相分离的水解-溶剂热法制备了Bi₂O₃纳米粒子,然后利用简单的湿化学法在Bi₂O₃表面负载不同比例的TiO₂纳米颗粒,进而得到TiO₂/Bi₂O₃纳米复合体。通过气氛调控的表面光电压谱(SPS)等测试表明,表面负载适量的TiO₂后能够提高Bi₂O₃光生电荷分离。可见光催化产氢和降解污染物测试结果进一步证明,表面负载适量的TiO₂后可显著提高其可见光催化活性,其中Ti/Bi摩尔比为7%时具有最高的光催化活性。这主要归因于TiO₂具有较为合适的导带能级位置,可以接收Bi₂O₃在可见光激发下所产生的高能级电子,从而抑制光生电子-空穴对复合,并且维持了高能级电子较高的还原能力。     

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.     

原位溶解-沉积法制备高可见光活性BiOI/Bi2O3光催化剂

以Bi2O3为前驱体,通过原位溶解-沉积法在KI溶液中制备了BiOI/Bi2O3光催化剂。用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等对样品进行了表征。结果表明Bi2O3球形颗粒紧密地贴在BiOI片上。随着KI溶液pH值的降低,Bi2O3逐渐转变为BiOI,且样品的吸收带边逐渐红移。在可见光(λ≥420 nm)下降解甲基橙,在pH=3下制备的BiOI/Bi2O3的活性最强,其原因是BiOI/Bi2O3 p-n异质结促进了光生载流子的分离。     

LaCoO_3-TiO_2纳米管阵列的构筑及可见光光催化性能

TiO_2纳米管阵列具有较高的光催化活性,但可见光吸收弱,限制了其太阳能利用和环境应用。窄带隙的钙钛矿(ABO3)型氧化物能够吸收大范围波段的可见光,且稳定性高,但光催化活性低。本文首先采用溶胶-凝胶法合成了LaCoO_3纳米颗粒,然后利用电泳沉积技术将LaCoO_3纳米颗粒修饰于TiO_2纳米管阵列表面,构筑了LaCoO_3-TiO_2纳米管阵列。扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)的表征结果显示溶胶-凝胶法合成的纳米颗粒为LaCoO_3,其尺寸均匀,结晶度高,平均粒径约为100nm。LaCoO_3纳米颗粒与TiO_2纳米管阵列之间的结合力好。紫外可见吸收光谱(DRS)显示,随着电泳沉积时间的延长,LaCoO_3-TiO_2纳米管阵列的吸收带边逐渐红移700nm。可见光下光催化降解甲基橙(MO)的结果表明,电泳沉积15 min制得的LaCoO_3-TiO_2纳米管阵列对MO的光催化效率最高,其降解速率是相同条件下TiO_2纳米管阵列的4倍。光致发光光谱和电化学阻抗谱证实LaCoO_3纳米颗粒的负载有效地促进了光生电荷的分离和传输,可见光光催化活性明显增强。     

热分解法制备Fe2O3修饰的TiO2纳米管阵列及其光电性能研究

为提高TiO_2纳米管阵列(TiO_2-NTs)的可见光活性,通过阳极氧化和热分解法制备了Fe_2O_3纳米粒子修饰的TiO_2纳米管阵列(Fe_2O_3/TiO_2-NTs)。通过扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见光漫反射光谱(UV-vis DRS)等对产物进行了相关表征,同时测试了产物的光电性能及其光催化降解甲基橙的性能。结果显示,Fe_2O_3/TiO_2-NTs的光电流强度和光催化降解率分别是是TiO_2-NTs的19倍和8.7倍。     

脉冲沉积制备Cu_2O/TiO_2纳米管异质结的可见光光催化性能

在用阳极氧化法制备有序排列TiO2纳米管阵列薄膜的基础上,引入脉冲沉积工艺,成功实现了均匀、弥散分布的Cu2O纳米颗粒修饰改性TiO2纳米管阵列,形成Cu2O/TiO2纳米管异质结复合材料.利用场发射扫描电镜(FESEM)、场发射透射电镜(FETEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对样品进行表征,重点研究了Cu2O/TiO2纳米管异质结的光电化学特性和对甲基橙(MO)的可见光催化降解性能.结果表明,Cu2O纳米颗粒均匀附着在TiO2纳米管阵列的管口和中部位置,所制备的Cu2O/TiO2纳米管异质结具有高效的可见光光催化性能;在浓度为0.01 mol?L-1的CuSO4溶液中制得的Cu2O/TiO2纳米管异质结表现出最好的电化学特性和光催化性能;另外,对Cu2O纳米颗粒影响光催化活性的机理进行了讨论.     

高催化活性2D/2D Ti3C2/Bi4O5Br2纳米片异质结的构建及其可见光催化去除NO

This study concentrated on the production of a two-dimensional and two-dimensional (2D/2D) Ti₃C₂/Bi₄O₅Br₂ heterojunction with a large interface that applied as one of the novel visible-light-induced photocatalyst via the hydrothermal method. The obtained photocatalysts enhanced the photocatalytic efficiency of the NO removal. The crystal structure and chemical state of the composites were characterized using X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results showed that Ti₃C₂, Bi₄O₅Br₂, and Ti₃C₂/Bi₄O₅Br₂ were successfully synthesized. The experimental results of scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) showed that the prepared samples had a 2D/2D nanosheet structure and large contact area. This structure facilitated the transfer of electrons and holes. The solar light absorptions of the samples were evaluated using the UV-Vis diffuse reflectance spectra (UV-Vis DRS). It was found that the absorption band of Ti₃C₂/Bi₄O₅Br₂ was wider than that of Bi₄O₅Br₂. This represents the electrons in the Ti₃C₂/Bi₄O₅Br₂ nanosheet composites were more likely to be excited. The photocatalytic experiments showed that the 2D/2D Ti₃C₂/Bi₄O₅Br₂ composite with high photocatalytic activity and stability. The photocatalytic efficiency of pure Bi₄O₅Br₂ for the NO removal was 30.5%, while for the 15%Ti₃C₂/Bi₄O₅Br₂ it was 57.6%. Moreover, the catalytic reaction happened in a short period. The concentration of NO decreased exponentially in the first 5 min, which approximately reached the final value. Furthermore, the stability of 15%Ti₃C₂/Bi₄O₅Br₂ was favorable: the catalytic rate was approximately 50.0% after five cycles of cyclic catalysis. Finally, the scavenger experiments, electron spin resonance spectroscopy (ESR), transient photocurrent response, and surface photovoltage spectrum (SPS) were applied to analyze the photocatalytic mechanism of the composite. The results indicated that the 2D/2D heterojunction Ti₃C₂/Bi₄O₅Br₂ improved the separation rate of the electrons and holes, thus enhancing the photocatalytic efficiency. In the photocatalytic reactions, the photogenerated electrons (e⁻) and superoxide radical (·O₂⁻) were critical active groups that had a significant role in the oxidative removal of NO. The in situ Fourier-transform infrared spectroscopy (in situ FTIR) showed that the photo-oxidation products were mainly NO₂⁻ and NO₃⁻. Based on the above experimental results, a possible photocatalytic mechanism was proposed. The electrons in Bi₄O₅Br₂ were excited by visible light. They jumped from the valence band (VB) of Bi₄O₅Br₂ to the conduction band (CB). Then, the photoelectrons transferred from the CB of Bi₄O₅Br₂ to the Ti₃C₂ surface, which significantly promoted the separation of the electron-hole pairs. Therefore, the photocatalytic efficiency of Ti₃C₂/Bi₄O₅Br₂ on NO was significantly improved. This study provided an effective method for preparing 2D/2D Ti₃C₂/Bi₄O₅Br₂ nanocomposites for the photocatalytic degradation of environmental pollutants, which has great potential in solving energy stress and environmental pollution.     

N掺杂TiO_2纳米管阵列的制备及可见光光催化性能研究

分别以氨水、乙二胺、丁胺为氮源,利用阳极氧化法和湿化学法合成氮掺杂的二氧化钛(TiO2)纳米管阵列.通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等表征方法对氮掺杂TiO2纳米管形貌,晶型和氮元素掺杂方式进行分析,并通过可见光光催化降解六氯苯(HCB)废水,研究氮元素掺杂方式与可见光光催化活性的关系.结果表明有序排列的TiO2纳米管阵列垂直生长在钛基底表面,管长500nm左右,管径100nm左右.氮元素掺杂阻碍了TiO2晶粒的增长,抑制了锐钛矿向金红石相的转变.无机氮比有机氮更加利于氮元素进入TiO2晶格,取代态氮比间隙态氮表现出更高的可见光光催化活性.     

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.     

Fe、N共掺杂TiO2纳米管阵列的制备及可见光光催化活性

应用电化学阳极氧化法结合浸渍和退火后处理制备了Fe和N共掺杂的TiO2纳米管阵列光催化剂,并用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和俄歇电子能谱(AES)仪对其进行了表征.结果表明,Fe、N共掺杂对TiO2纳米管阵列的形貌和结构没有明显影响,Fe和N均掺入了TiO2晶格.紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱显示Fe和N共掺杂TiO2纳米管阵列的吸收带边较纯TiO2纳米管阵列和单一掺杂TiO2纳米管阵列红移,可见光吸收增强.以可见光催化降解罗丹明B(RhB)考察了材料的光催化活性,Fe和N共掺杂TiO2纳米管阵列对RhB的降解速率较纯TiO2纳米管阵列和单一掺杂TiO2纳米管阵列明显提高,证明了Fe、N共掺杂产生的协同效应提高了TiO2纳米管阵列在可见光照射下的光催化活性.     

不同晶型Bi2O3可见光光催化降解罗丹明B的研究

采用化学沉淀法制备了α、β、γ 3种晶体结构的Bi₂O₃光催化剂。利用XRD、TEM、氮气吸附、TG-DSC、紫外-可见漫反射光谱对样品的晶体结构、微观形貌、光学吸收特性进行了表征,并以罗丹明B(RhB)作为模型污染物,研究了不同的粉体光催化剂在可见光(λ>420 nm)照射下的光催化能力。结果表明：制备的α-Bi₂O₃为长3 μm、宽1 μm的板条状颗粒,带隙为2.84 eV;β-Bi₂O₃为粒径约150 nm的不规则颗粒,带隙为2.75 eV;γ-Bi₂O₃为直径6 nm、长度150~200 nm的纳米管,带隙为2.68 eV。在可见光照射下Bi₂O₃光催化降解RhB的活性如下：γ-Bi₂O₃>β-Bi₂O₃>α-Bi₂O₃,其中γ-Bi₂O₃在辐照60 min后对罗丹明B的脱色率可达97%以上。     

基于TiO2纳米管阵列的高效正面透光型染料敏化太阳能电池的制备及其光电性能

报道了一种基于TiO2纳米管(TNT)阵列正面透光型光阳极的高效染料敏化太阳能电池.将TNTs在450°C烧结后能避免其有序结构在HF处理过程中被破坏,使膜内高速电子传输通道被保留,有利于染料敏化太阳能电池(DSSC)实现高速电荷传输.再用HF、TiCl4、HF和TiCl4混合等溶剂对TNTs进行处理,提高其表面粗糙度以吸附更多染料.染料吸附量的增加能提高光阳极在300-570 nm波段光子捕获效率,该波段是染料吸收光子的主要区域.然而,在染料吸收光子较弱的长波段区域(570-800 nm)光子捕获效率的增加主要源于光阳极光散射率的提高.光阳极光子捕获效率的提高使DSSC的内外量子效率在全波段(300-800 nm)均有所增加,从而使短路电流明显提高.从电化学阻抗数据可知,与电子传输性能密切相关的电化学参数如电荷传输电阻、界面电荷复合电阻、电容、电子寿命、电子扩散长度和电子收集效率等在含处理过的TNTs光阳极DSSC中均有所改善,从而提高电池光电转换效率.含HF和TiCl4混合溶剂处理TNTs光阳极的DSSC最高光电转换效率能达到7.30%,比未处理的DSSC(5.38%)提高35.69%.     

脉冲沉积制备Cu2O/TiO2纳米管异质结的可见光光催化性能

在用阳极氧化法制备有序排列TiO₂纳米管阵列薄膜的基础上,引入脉冲沉积工艺,成功实现了均匀、弥散分布的Cu₂O纳米颗粒修饰改性TiO₂纳米管阵列,形成Cu₂O/TiO₂ 纳米管异质结复合材料. 利用场发射扫描电镜（FESEM）、场发射透射电镜（FETEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）对样品进行表征,重点研究了Cu₂O/TiO₂ 纳米管异质结的光电化学特性和对甲基橙（MO）的可见光催化降解性能. 结果表明,Cu₂O纳米颗粒均匀附着在TiO₂纳米管阵列的管口和中部位置,所制备的Cu₂O/TiO₂ 纳米管异质结具有高效的可见光光催化性能;在浓度为0.01 mol·L^-1的CuSO₄溶液中制得的Cu₂O/TiO₂纳米管异质结表现出最好的电化学特性和光催化性能;另外,对Cu₂O纳米颗粒影响光催化活性的机理进行了讨论.     

三维有序大孔复合材料Bi2O3/TiO2制备与多模式下光催化降解结晶紫

以TiO2为基体,在聚苯乙烯(PS)胶球和EO20PO70EO20(P123)两种模板剂作用下通过溶胶-凝胶及煅烧后处理方法制备了三维有序大孔纳米复合材料Bi2O3/TiO2.经傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、X-射线衍射(XRD)、等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)、X-射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和N2吸附-脱附等物理测试手段对其组成、结构、形貌及表面物理化学性能进行了表征.结果表明,该复合材料晶型结构良好,孔结构排列整齐有序,孔壁呈介孔结构,属于三维有序大孔材料(3DOM).与TiO2相比,3DOM-Bi2O3/TiO2对光的吸收至少红移60 nm,且红移至可见区.在紫外光、可见光以及微波辅助等多模式光催化降解结晶紫的实验中,复合材料3DOM-Bi2O3/TiO2表现出良好的光催化活性,其活性明显高于P25、Bi2O3和Bi2O3/TiO2.同时,该复合材料针对不同类型的染料均表现出较好的紫外光降解效果,且3次循环实验后,依旧保持较高活性.     

微波辅助溶剂热合成In-Si共改性TiO2的增强光催化性能

利用微波辅助溶剂热法合成了In-Si 共改性的TiO₂ 光催化剂. 粉末X 射线衍射（XRD）、激光拉曼（Raman）光谱、N₂吸脱附（BET）、X射线光电子能谱（XPS）、光致发光（PL）光谱和紫外-可见漫反射光谱（UV-VisDRS）等实验表明,尽管掺杂和改性后TiO₂结晶度略有降低,但不影响光催化剂锐钛相的形成. Si 掺杂入TiO₂晶格使颗粒变小,比表面积变大. In 不能进入TiO₂晶格,在TiO₂表面形成了In₂O₃. 罗丹明B（RhB）降解实验显示,In-Si 共改性TiO₂表现出很高的紫外和可见光催化活性,Si：In：Ti 的摩尔比为0.03：0.02：1 的样品（IST-2）光催化活性最高,紫外光下3 min 即可将RhB降解完全,可见光下120 min RhB降解率为97%,这是由材料的高表面积,In₂O₃-TiO₂复合半导体之间高效电荷转移及染料敏化等共同作用所致. 对于苯酚,光催化降解则相对缓慢,700 min内尚不能降解完全.     

类微乳化学沉淀法合成BiOBr-TiO2纳米复合材料及其光催化性能

采用简单的类微乳化学沉淀法获得了有效复合的BiOBr-TiO2纳米材料.该合成方法的关键在于Br-的双重作用.Br-既作为"桥"将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)中CTA+与TiO2粒子相连,构筑了稳定的油包水的类微乳体系.同时,它又作为BiOBr的溴源有助于纳米复合材料异质结的形成.与纯TiO2和传统的水相化学沉淀法获得的BiOBr-TiO2复合样品相比,采用类微乳化学沉淀法获得的复合光催化剂表现出高的光生电荷分离效率,相应地显示出优异的光催化降解气相乙醛和液相苯酚的性能,这主要与BiOBr和TiO2粒子之间异质结的有效构筑有关.     

La2O3对Ni/γ-Al2O3甲烷化催化剂的助催化作用

我国将稀土作为助剂引入镍基甲烷化催化剂,大大提高了催化剂的活性和热稳定性,并已投入工业应用［1－3］．稀土对不同镍催化剂反应性能及其作用机理的研究已有一些报导［3－7］．谢有畅等观察到镍负载在经单层La2O3改性的γ－Al2O3表面,其晶粒要比没有La2O3时小得多．Rotgerink等认为添加La后反应速率的增加不只是由于几何效应,而是La对甲烷化本身有促进作用,单位镍表面的活性是随La含量不同而改变的,活性增加的同时表观活化能也增加［5］．作为助剂的La2O3在氢还原和反应过程中的变化及其作用的研究和讨论较少,目前一般认为添…     

金红石相TiO2纳米棒的氢化处理及其光催化活性

以钛酸四丁酯为钛源,通过盐酸调制的水热法制备出了具有棒状结构的金红石相纳米TiO₂,并进一步进行高温氢化处理. 采用X射线衍射（XRD）,透射电镜（TEM）,紫外-可见-近红外漫反射（UV-Vis-NIR DRS）,电子顺磁共振（EPR）和表面光伏（SPS）等测试手段对样品进行表征,以气相乙醛和液相苯酚为目标污染物考察催化剂的光催化活性. 结果表明：随着高温氢化处理时间的延长,TiO₂样品的可见光吸收逐渐增强,其颜色逐渐由白色转变成灰色,这主要与引入的Ti³⁺/氧空位缺陷有关. 表面光电压谱和羟基自由基测试表明,适当时间的氢化处理有利于光生电荷的分离. 在光催化氧化降解气相乙醛和液相苯酚过程中,经适当时间氢化处理的样品表现出高的可见光催化活性. 并且可见光催化活性的规律与紫外光下的是一致的. 这是因为氢化处理后在导带底下方引入了缺陷能级,拓展了可见光响应. 过度的氢化处理会在TiO₂导带下方引入较低的缺陷能级,使光生电荷的复合加剧,导致光催化活性降低.     

三维有序结构In掺杂TiO_2薄膜的可见光催化活性

采用自组装生长聚苯乙烯胶体模板和溶胶-凝胶法,制备出三维(3D)有序结构In掺杂TiO2(IO-TiO2-In)薄膜可见光催化剂.光催化实验证明,IO-TiO2-In薄膜降解甲醛的可见光活性是TiO2和三维有序结构TiO2(IOTiO2)薄膜的5倍.利用X射线电子衍射(XRD)谱、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见(UV-Vis)漫反射吸收光谱确定了催化剂的晶相结构、表面微结构和能带结构.结果表明,IO-TiO2-In薄膜具有锐钛矿型三维有序结构,与TiO2相比,增加了比表面积,提高光的利用率;掺入的In离子在薄膜表面形成In2O3和O-In-Clx(x=1,2)物种,既增强可见光的吸收,又有效地促进了光生载流子的分离,提高了光生载流子在固/气界面参加光催化反应的利用率,使催化剂的可见光催化活性显著提高.