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.     

模拟太阳光下稀土Gd掺杂TiO2纳米晶的光催化性能研究

以甲基橙的光催化降解为探针反应,采用氙灯模拟自然条件下的太阳光,评价了通过酸催化的溶胶-凝胶法制备的稀土Gd掺杂改性TiO₂纳米晶的光催化活性及对甲基橙水溶液TOC的去除效果.运用XRD和UV-Vis DRS表征技术考察了Gd掺杂对纳米TiO₂的微晶尺寸、晶体结构与光学性能的影响.结果表明,Gd掺杂可以抑制TiO₂由锐钛矿相向金红石相的转变,阻碍TiO₂晶粒增长,使TiO₂的光吸收带边发生蓝移且有利于对可见光的吸收,从而使Gd掺杂TiO₂在模拟太阳光下光催化降解甲基橙的能力得到明显提高,但样品对甲基橙水溶液TOC的去除效果要滞后于其对色度的去除.     

胶体碳球制备新型Sn/Se共掺杂TiO2及其光催化性能

TiO₂的光催化性能改性是水污染治理和光催化领域研究的重点方向。为了增强TiO₂的光催化性能,以胶体碳球为模板,采用水热-煅烧法首次制备了TiO₂空心球、硒掺杂二氧化钛(Se-TiO₂)空心球和锡/硒共掺杂二氧化钛(Sn/Se-TiO₂)空心球。同时,对Sn/Se-TiO₂空心球的形貌、结构以及元素组成进行了表征,并以罗丹明B为模拟污染物,评价了样品的光催化性能。结果表明：TiO₂为单一的锐钛矿相,Sn和Se成功地掺杂进入了TiO₂晶格中;Sn/Se共掺杂形成了缺陷能级,降低了禁带宽度和电子-空穴对的复合几率,提高了可见光的响应范围。当Se掺杂2.0%(物质的量分数,下同),Sn掺杂0.5%时,样品光催化性能最好,去除率为76.92%。同等条件下空心球的光催化去除率：TiO₂22,说明Sn/Se共掺杂T...     

铕掺杂TiO2的制备及其可见光光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同铕(Eu)掺杂量的TiO₂纳米颗粒(Eu-TiO₂),利用透射电镜(TEM),X射线光电子能谱(XPS),X射线衍射(XRD)及紫外可见漫反射(UV-Vis DRS)等方法对Eu-TiO₂进行了物理特性的初步表征.结果表明:与未掺杂纳米TiO₂比较,Eu-TiO₂禁带宽度变窄,具有可见光光催化活性.在可见光下(λ≥420 nm)照射下,以光催化降解染料罗丹明B(Rhodamine B,RhB)为目标反应,探讨了Eu-TiO₂不同制备条件对RhB降解光催化活性的影响,优化得到制备高活性Eu-TiO₂最佳pH为3、掺杂比例(n_Eu/n_Ti)为0.05%、煅烧温度为500 ℃.研究了可见光照射下Eu-TiO₂降解RhB和无色有机小分子水杨酸(SA)光催化反应条件及降解特性,RhB的12 h深度氧化矿化率为60.2%,SA的8 h降解率达到100%.通过跟踪测定可见光下Eu-TiO₂光催化反应过程中氧化物种的变化,研究了可见光激发Eu-TiO₂光催化反应机理,表明其光催化反应主要涉及羟基自由基(·OH)历程.     

掺杂WO3的SiO2/TiO2的溶胶热液合成及光催化性能

采用溶胶-热液合成法制备了掺杂WO₃的SiO₂/TiO₂复合光催化剂,用X射线衍射、红外光谱、Zeta电位分析、BET和透射电镜对样品进行了表征,并以甲基橙降解评价了其光催化性能.结果表明:改性后的光催化剂表现出较高的光催化性能,WO₃和SiO₂不仅增加了锐钛矿TiO₂的稳定性,并阻止了TiO₂晶粒的聚集生长.     

Li+掺杂纳米TiO2的制备及其光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法和浸渍法制备了Li⁺掺杂纳米TiO₂光催化剂,并用XRD和TEM等技术进行了表征;用pH值漂移法测量了催化剂的零电位pH值(pHpzc).结果表明,500℃煅烧制得的催化剂均为锐钛矿相;Li⁺的掺杂抑制了TiO₂粒子的生长,提高了催化剂的分散性;催化剂的零电位pH值为6.6—8.1,其值取决于Li⁺的浓度和掺杂方式.分别以紫外光和太阳光为光源,孔雀石绿和甲基橙为降解物评价了催化剂的光催化活性;并用气相色谱测试了污染物降解产生的CO₂的含量.结果显示,对孔雀石绿的降解,浸渍法和溶胶-凝胶法掺Li⁺都能有效提高TiO₂的光催化活性,但浸渍法比溶胶-凝胶法效果更好,催化活性最高的为浸渍法制备的5%(摩尔分数)Li⁺掺杂TiO₂,其在紫外光和太阳光下的光催化活性分别比纯TiO₂提高了6—8倍和9—10倍;对甲基橙的降解,除溶胶-凝胶法制备的3%(摩尔分数)Li⁺掺杂TiO₂能稍提高光催化活性外,其它Li⁺的掺杂都不同程度降低了TiO₂的光催化活性;随污染物降解率的增加,最终降解产物CO₂的含量增加.实验结果表明,Li⁺掺杂改变了催化剂表面的电荷状态从而改变了催化剂的零电位pH值是造成催化剂降解不同污染物具有不同催化活性的主要原因.     

纳米TiO2复合薄膜光催化降解甲基橙的研究

本文通过Sol-Gel工艺在载玻片表面、多孔陶瓷表面及玻璃纤维表面制得了均匀透明的纳米TiO₂复合薄膜,以甲基橙为研究对象,紫外灯为光源,研究了甲基橙初始浓度、光照时间、催化剂载体比表面、初始溶液的pH值对甲基橙降解率的影响,并比较了半导体耦合薄膜的光催化降解能力.研究结果表明:SnO₂-TiO₂复合膜相对于其它耦合膜及金属(La)掺杂膜有较高的降解率.     

提高TiO2可见光催化性能的改性方法

TiO₂光催化技术作为一种环境友好的污染治理技术,在废水废气净化、抗菌环保等领域有着广泛的应用前景。阻碍其应用的是它的大禁带宽度(E=3.2eV),不能有效地利用太阳能,因此研究开发可见光响应的TiO₂就成为当前光催化剂研究的关键课题。目前,国内外关于TiO₂光催化剂的改性技术日益完善,且日趋多样化。本文简单回顾了TiO₂光催化的发展历程及其反应机理,概述了提高TiO₂光催化性能的改性技术,主要包括金属离子掺杂、表面贵金属沉积、半导体复合、非金属掺杂以及金属络合物和染料光敏化等方法,可以将只能由紫外光激发的TiO₂光催化反应红移到可见光区域进行。针对各种改性方法列举了国内外应用的具体实例,提出TiO₂的改性是提高光催化反应效率的关键。同时,对TiO₂光催化技术目前存在的问题和发展前景做了简单的总结和展望。     

Ag/TiO2中空纳米纤维光催化材料的制备及表征

以棉花纤维为模板制备了银掺杂的TiO₂中空纳米纤维光催化材料, 利用热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、X光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、Zeta电位、紫外-可见光谱(UV-Vis)和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)等技术对该材料的形貌、晶体结构、银的状态等特性进行了表征. 以亚甲基蓝(MB)的脱色降解为模型反应, 考察了银掺杂的样品Ag/TiO₂在不同光源下的光催化性能. 结果表明, 所制得的Ag/TiO₂材料保留了棉花纤维的形貌, 且表面带有大量的负电荷|该Ag/TiO₂材料在太阳光条件下的光催化性能显著高于同条件下TiO₂和同材料在紫外光条件下的, 如Ag/TiO₂在太阳光下1.5 h可使MB溶液的脱色降解率在95%以上, 在TiO₂上2.5 h时不足60%, 低于Ag/TiO₂上0.5 h的结果|在紫外光条件下Ag/TiO₂ 3 h时脱色降解率仅为35%. 连续重复使用5次时Ag/TiO₂仍能保证MB溶液的脱色降解率在90%以上|该纤维光催化材料易于离心分离去除、再利用. 因此, 以棉花为模板制备的Ag/TiO₂中空纳米纤维催化材料是一种无能耗、无污染、高活性的绿色环保型光催化材料.     

低量La3+掺杂S-TiO2光催化剂的制备、表征及其光催化活性

采用溶胶-凝胶-浸渍法制备了La³⁺/S-TiO₂纳米光催化剂,通过XRD、BET、XPS、UV-Vis等手段进行了表征.以甲基橙溶液为光催化降解反应的模型化合物,考察了光催化剂的活性,探讨了低量La³⁺掺杂对TiO₂纳米粒子光催化活性的影响机制.实验结果表明:S改性TiO₂后明显提高了TiO₂纳米粒子的光催化活性,而La³⁺掺杂S-TiO₂后,进一步提高了TiO₂纳米粒子的光催化活性,La³⁺的最佳掺杂量(相对于TiO₂的质量分数)为0.369%;La³⁺/S-TiO₂(ω(La³⁺)=0.369%)为纳米光催化剂时,甲基橙的脱色率达到92.4%(光照120min);XRD和BET分析表明,低量La³⁺掺杂抑制了TiO₂由锐钛矿向金红石的转变,阻碍了TiO₂晶粒的生长,提高了TiO₂的比表面积;XPS分析表明,S、La³⁺掺杂可以导致粉体的表面羟基含量增加,掺杂S以S⁶⁺形式置换TiO₂晶格中的Ti⁴⁺;UV-Vis分析表明,光催化剂La³⁺/S-TiO₂比纯TiO₂具有较强的紫外光吸收性能.与纯TiO₂相比,La³⁺掺杂TiO₂纳米粒子光催化氧化活性的提高应归因于La³⁺掺杂增加了表面羟基含量,增大了比表面积,增强了样品表面的紫外光吸收能力.     

Keggin型铬取代的磷钨杂多阴离子/二氧化钛纳米膜光催化剂的制备及可见光催化性能

以钛酸四丁酯Ti(OC₄H₉)₄为TiO₂前驱体,Keggin型铬取代的杂多阴离子PW₁₁Cr为可见光活性组分,采用溶胶-凝胶提拉法在玻片表面制备了PW₁₁Cr/TiO₂纳米膜光催化剂,并用UV-Vis DRS、IR、XRD、SEM和TEM等技术手段对催化剂的光吸收性质、化学组成、晶相和表面结构形貌等进行了表征;讨论了膜中PW₁₁Cr和TiO₂相互作用的方式;以染料模型污染物RhB的可见光催化降解为探针,评估了PW₁₁Cr/TiO₂光催化剂的可见光催化活性,讨论了光催化反应机理,并与TiO₂的光催化反应机理进行了比较;考察了焙烧温度、PW₁₁Cr剂量和溶液pH值对光催化活性的影响;最后用RhB的循环降解实验评估了催化剂的光催化稳定性。 实验结果表明,PW₁₁Cr/TiO₂光催化剂对可见光有明显吸收,较低焙烧温度(100 ℃)下得到的膜为无定形结构,而较高焙烧温度(500 ℃)为纳晶结构;前者的光催化活性较高,在200 W金卤灯照射下降解10 μmol/L RhB,120 min的降解率为95%,4 h的COD去除率为72%;羟基自由基是导致RhB降解的主要氧活性物质;低的膜处理温度,高的PW₁₁Cr负载量和溶液酸性有利于提高PW₁₁Cr/TiO₂膜的光催化活性;经循环重复使用10次,PW₁₁Cr/TiO₂膜的光催化活性仅有较少损失。     

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.     

Sn4+掺杂对TiO2纳米颗粒膜光催化降解苯酚活性的影响

金属离子掺杂能改善TiO2纳米微粒光催化活性,在光降解大气和水污染物的研究中,已引起人们的重视[1,2].实验证明,掺杂物的浓度、掺杂离子的分布、掺杂能级与TiO2能带匹配程度、掺杂离子d电子的组态、电荷的转移和复合等因素对催化剂的光催化活性有直接影响[3].Kamat等[4]曾利用TiO2颗粒与SnO2颗粒混合制膜,使光催化剂活性得到提高.但Sn4+掺杂TiO2用于光催化剂尚少见报道.本文采用等离子体化学气相沉积法(PECVD)[5]制备了Sn4+离子掺杂的TiO2纳米颗粒膜催化剂(TiO2-Sn),考察了其对苯酚的光催化降解活性,讨论了Sn4+离子的掺杂方式及光催化活性提高的机理.     

一步火焰辅助热解法制备Fe掺杂嵌碳TiO2及其光催化性能

以钛酸四丁酯、无水乙醇和无水氯化铁为前驱体,通过一步火焰辅助热解法制备了Fe掺杂嵌碳TiO₂,并研究了样品的光催化活性. 利用扫描电子显微镜及能谱、X射线光电子能谱、X射线粉末衍射和紫外-可见漫反射吸收光谱等对样品的形貌、组分、晶型和光吸收进行了表征,并研究了样品在紫外和可见光下的光催化活性. 结果表明,无需后续热处理可直接得到主要是锐钛矿相TiO₂的样品,Fe³⁺以替位掺杂形式进入TiO₂晶格,随掺杂量增加,样品在可见光区域的吸光度提高,吸收带边红移. Fe掺杂量（摩尔分数）小于0.2%可改善样品的光催化活性,当Fe掺杂量为0.1%时,样品在可见光和紫外-可见光照射下均显示出最高的降解亚甲基蓝速率.     

铋掺杂介孔二氧化钛的制备及光催化动力学

以介孔分子筛(KIT-6)为载体,采用溶液浸渍法合成了铋(Bi)掺杂的介孔二氧化钛(TiO₂)光催化剂。利用XRD、TEM、SEM、XPS、N₂吸附-脱附法和拉曼光谱法等技术手段对材料的结构和形貌进行表征。通过紫外-可见吸收光谱法考察了催化剂对罗丹明B光催化降解效率,进一步考察了Bi的掺杂量对光催化反应速率的影响,并对光催化降解动力学进行了初步研究。结果表明,Bi掺杂的介孔TiO₂具有较窄的孔径分布(3~4 nm),而且吸收范围扩展到可见光区,其光催化活性明显高于商品TiO₂(P25)。随之Bi掺杂量的提高,反应速率常数也增大,其光催化降解罗丹明B的反应均符合准一级动力学方程。     

阴离子对TiO2晶形的影响及光催化性能研究

以SO₄^2-、F^-、Cl^-和PO₄^3-作为阴离子来研究其对水热合成TiO₂(分别记为TiO₂-S、TiO₂-F、TiO₂-Cl和TiO₂-P)晶体的影响,并考察了其光催化性能.SEM显示TiO₂-S、TiO₂-F、TiO₂-Cl和TiO₂-P分别呈粒子、十面体、刺球和不规则块状.XRD图谱表明TiO₂-S和TiO₂-F为锐钛矿晶型,TiO₂-Cl为金红石晶型,而TiO₂-P为锐钛矿、金红石和板钛矿混合晶型,这一结论也被紫外-可见漫反射实验所证实.XPS能谱表明这4种TiO₂纳米材料都受到了各自阴离子掺杂的影响,光催化试验显示:它们的光催化活性顺序为: TiO₂-F>TiO₂-S>TiO₂-Cl>TiO₂-P,这表明锐钛矿的光催化活性要大于金红石和板钛矿,且具有{001}面,掺杂了F的锐钛矿光催化活性更强.     

Investigation of the photocatalytic degradation of organochlorine pesticides on a nano-TiO2 coated film

The photocatalytic degradation of organochlorine pesticides including -, β-, γ-, δ-hexachlorobenzene (BHC), dicofol and cypermethrin were carried out on a nano-TiO₂ coated films under UV irradiation in the air. The photocatalytic conditions, including the amount of TiO₂, irradiation time and the intensity of light were optimized. The pesticides were most effectively degraded under the condition of 2.24 mg/cm² on TiO₂ film and a 400 W UV irradiation of high-pressure mercury lamp with a wavelength of 365 nm. A typical organochlorine pesticide, 20 μg -BHC, was dipped onto the TiO₂ film surface and degraded completely within 20 min. In addition, the photocatalytic degradation pathways on the nano-TiO₂ coated film were discussed.     

金属离子掺杂的TiO2薄膜的制备及其光催化降解甲苯的性能

 采用溶胶-凝胶法制备了负载于铝板上掺杂金属离子的TiO2薄膜光催化剂,并通过空气中甲苯光催化降解实验评价了其光催化活性. 结果表明,Pt和Fe的掺杂对TiO2薄膜的光催化活性起促进作用,甲苯降解率分别提高了17%和6%; Ag的掺杂引起催化剂失活; Mn的掺杂未对TiO2薄膜的光催化活性起明显促进作用. XRD结果表明,掺杂金属离子前后TiO2均为锐钛矿相; TEM观察到薄膜催化剂微观结构为球形颗粒,粒径分布均匀,平均粒径为19 nm; 紫外漫反射光谱表明,Pt-TiO2薄膜催化剂的反射率几乎为0,表明其对光的吸收能力很强,因而Pt掺杂的TiO2薄膜光催化降解甲苯的活性最高.     

光催化降解磷酸酯类农药的研究

以TiO₂/beads作为光催化剂,研究了磷酸酯类农药光催化降解的规律.结果表明,低浓度的磷酸酯类农药光催化降解符合一级动力学方程;4.0×10^-4mol/L的敌敌畏和久效磷农药,375W中压汞灯照射1.5h,其残留量小于10%,光照3.5h,有机磷被完全光催化降解至PO₄^3-.     

Si掺杂TiO2催化剂的结构与可见光催化活性研究

采用溶胶-凝胶法制备出Si⁴⁺离子掺杂的TiO₂可见光催化剂 (TiO₂-xSi),该催化剂的可见光催化活性高于纯TiO₂和N掺杂的TiO₂(TiO₂-N).利用XRD、XPS、FT-IR和UV-Vis DRS等表征技术,研究了TiO₂-xSi催化剂的晶体结构、能带结构和表面性质.研究发现:掺入Si⁴⁺离子在TiO₂粒子表面主要形成Ti-O-Si结构,并在导带下0.2-0.6 eV区域形成表面态能级,该表面态能级的存在是催化剂产生可见光响应、实现可见光催化的根本原因.另外,讨论了Si⁴⁺离子的掺杂对金红石相和晶粒的生长抑制作用,以及催化剂的比表面积和表面羟基物种增加对可见光催化活性的影响.