TiO2形态结构与光催化活性关系的研究

本文介绍了TiO₂多相光催化剂的作用机理及其结构特性对光催化活性的影响,并对TiO₂的晶相组成、晶粒尺寸、比表面积、表面形态与光催化活性的关系作了综述。     

CO2在纳米SiO2/TiO2悬浮体系中的光催化还原

用水热法合成了氧化硅改性的具有高比表面积、高催化活性的锐钛型二氧化钛, 并在其悬浮体系中将CO₂光催化还原合成甲醇. 采用XRD, TEM, 物理吸附, UV-Vis吸收光谱和FTIR等表征手段对催化剂结构特征进行了研究. 结果表明: 添加氧化硅后, 氧化硅和二氧化钛之间形成Si—O—Ti键, 抑制了TiO₂晶粒生长, 提高了锐钛型TiO₂的比表面积, 且随着含硅量的增加, SiO₂/TiO₂的UV吸收逐步蓝移, 禁带宽度增加. 还原反应结果表明: SiO₂/TiO₂具有光催化还原活性, 且随着含硅量的增加先增加后减小, 当SiO₂质量分数为3.5%时, SiO₂/TiO₂复合催化剂反应活性最强, 5 h内甲醇产量可达到21.0 mg/L, 并有少量甲醛生成.     

载有C60的TiO2纳米粒子光催化活性

以水溶性C₆₀和TiO₂粒子为前驱体,采用水热法制备了载有C₆₀的锐钛矿型TiO₂纳米粒子。应用X射线衍射、透射电子显微镜、红外光谱、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱对产物进行了表征。以对-硝基苯酚为模型污染物研究了产物的光催化活性,结果表明适量负载C₆₀可以提高TiO₂纳米粒子的光催化活性,C₆₀起着传输电子、促进TiO₂光生载流子分离的作用,且经7次循环使用后对-硝基苯酚的降解效率仍能达到74%。讨论了载有C₆₀的TiO₂纳米粒子光催化降解对-硝基苯酚的机理。     

CO2在纳米SiO2/TiO2悬浮体系中的光催化还原

用水热法合成了氧化硅改性的具有高比表面积、高催化活性的锐钛型二氧化钛, 并在其悬浮体系中将CO₂光催化还原合成甲醇. 采用XRD, TEM, 物理吸附, UV-Vis吸收光谱和FTIR等表征手段对催化剂结构特征进行了研究. 结果表明: 添加氧化硅后, 氧化硅和二氧化钛之间形成Si—O—Ti键, 抑制了TiO₂晶粒生长, 提高了锐钛型TiO₂的比表面积, 且随着含硅量的增加, SiO₂/TiO₂的UV吸收逐步蓝移, 禁带宽度增加. 还原反应结果表明: SiO₂/TiO₂具有光催化还原活性, 且随着含硅量的增加先增加后减小, 当SiO₂质量分数为3.5%时, SiO₂/TiO₂复合催化剂反应活性最强, 5 h内甲醇产量可达到21.0 mg/L, 并有少量甲醛生成.     

TiO2光催化剂失活机理研究进展

评述了TiO₂多相光催化剂在处理环境污染物领域的催化剂失活研究进展,主要探讨了气固多相光催化反应过程影响催化剂活性的因素,液固多 相光催化反应的催化剂失活的几种途径,以及解决催化剂失活问题的办法,最后对该领域的研究提出建议.     

一种简单的提高无定形TiO2光催化活性的方法及其在增透膜中的应用

通过简单的溶胶-凝胶法制备得到了小粒径的无定形TiO_2粒子,并将其沉积在多孔SiO_2膜层表面,多孔SiO_2膜层大的表面积有助于无定形TiO_2的良好分散,高度分散的无定形TiO_2粒子对膜层的光学性能影响较小,通过匹配合适的低折射率的SiO_2膜层,制备得到的SiO_2无定形TiO_2(SiO_2amorphous-TiO_2)膜层表现出和理想单层增透膜相似的光学性能。同时SiO_2amorphous-TiO_2的光催化性能显著提高,明显高于单层无定形TiO_2。而且SiO_2无定形TiO_2膜层甚至表现出比相应的负载锐钛矿型TiO_2的膜层,即SiO_2锐钛矿TiO_2,更高的光催化活性,这一反常现象的原因是,无定型TiO_2膜层表面丰富的羟基有助于减少空穴-电子对的复合,其相对疏松的结构能够加快光生电子-空穴的转移速率,而这些因素的影响超过了晶型结构对光催化活性的影响。同时SiO_2膜层的孔隙结构在浸渍-提拉镀制过程中,自发形成并不需要后续热处理过程,因此,整个SiO_2无定形TiO_2膜层的制备均可在室温下完成,能够实现其在不耐热基片上的应用。     

Pt/TiO2光催化氧化还原耦合反应脱除水中无机氮

本文采用光催化还原法制备了高活性的载铂二氧化钛光催化剂，并用XRF、TEM、XRD对样品进行了表征，考察了pH值、负载Pt的含量、Fe²⁺的添加及保护气的种类等反应条件对该催化剂活性的影响。结果表明：碱性条件下利于氨氮、亚硝酸氮的耦合脱氮反应，载铂量0.5%时去除效果最佳，Fe²⁺的加入利于光催化反应，氮气保护下催化剂反应活性更高。     

掺氮TiO2可见光降解有机污染物的比较研究

用溶胶-凝胶法制备了不同掺杂量的N/TiO₂复合纳米粉末, 采用X射线衍射(XRD)、扫描透镜(TEM)、紫外-可见反射吸收光谱(UV-vis)对催化剂进行了初步表征. 通过X射线光电子能谱(XPS)、元素分析仪(EA)测定其含氮量. XPS分析结果显示TiO₂晶格中的氧被氮原子取代, N/TiO₂表面存在Ti^3＋离子; 紫外-可见反射吸收光谱测得不同掺杂量的N/TiO₂的禁带宽度(E_g), 推测在TiO₂价带上方生成了由N诱导产生的中间带, 当氮、钛摩尔比为0.0880时N/TiO₂的E_g最小, 为2.50 eV. 在可见光下, 以酸性桃红(SRB)和无色小分子对氯苯酚(4-CP)作为可见光活性实验的探针反应, 确定了最佳掺杂比为n_N/n_Ti＝0.0880. 结果表明, 最佳掺杂量下N/TiO₂能显著降解SRB和4-CP, 通过测定ESR, IR, TOC, COD, 重点比较了TiO₂在掺杂N前后在降解SRB和4-CP时的差异, 包括氧化物种、矿化率、最终产物等, 证明在可见光下, N/TiO₂的降解机理为电子从独立的N 2p轨道激发到Ti 3d轨道, 产生羟基自由基等氧化物种, 达到降解有机物的目的.     

掺氮TiO2可见光降解有机污染物的比较研究

用溶胶-凝胶法制备了不同掺杂量的N/TiO₂复合纳米粉末, 采用X射线衍射(XRD)、扫描透镜(TEM)、紫外-可见反射吸收光谱(UV-vis)对催化剂进行了初步表征. 通过X射线光电子能谱(XPS)、元素分析仪(EA)测定其含氮量. XPS分析结果显示TiO₂晶格中的氧被氮原子取代, N/TiO₂表面存在Ti^3＋离子; 紫外-可见反射吸收光谱测得不同掺杂量的N/TiO₂的禁带宽度(E_g), 推测在TiO₂价带上方生成了由N诱导产生的中间带, 当氮、钛摩尔比为0.0880时N/TiO₂的E_g最小, 为2.50 eV. 在可见光下, 以酸性桃红(SRB)和无色小分子对氯苯酚(4-CP)作为可见光活性实验的探针反应, 确定了最佳掺杂比为n_N/n_Ti＝0.0880. 结果表明, 最佳掺杂量下N/TiO₂能显著降解SRB和4-CP, 通过测定ESR, IR, TOC, COD, 重点比较了TiO₂在掺杂N前后在降解SRB和4-CP时的差异, 包括氧化物种、矿化率、最终产物等, 证明在可见光下, N/TiO₂的降解机理为电子从独立的N 2p轨道激发到Ti 3d轨道, 产生羟基自由基等氧化物种, 达到降解有机物的目的.     

Bi2WO6/TiO2纳米管异质结构复合材料的多模式下的光催化活性比较

以TiO₂纳米管为模板,采用多组分自组装结合水热法制备Bi₂WO₆/TiO₂纳米管异质结构复合材料。通过多种技术如X射线衍射（XRD）,X射线光电子能谱（XPS）,N₂吸附脱附,扫描电镜（SEM）,高分辨透射电镜（HRTEM）和紫外可见漫反射吸收光谱（UV-Vis DRS）考察所制备样品的组成、结构、形貌、光吸收和电子性质。Bi₂WO₆纳米片或纳米粒子分布在TiO₂纳米管上,形成异质结构。随后,通过在紫外、可见和微波辅助光催化模式下降解染料罗丹明B（RhB）来评价复合催化剂的光催化活性。与TiO₂纳米管和Bi₂WO₆相比,Bi₂WO₆/TiO₂-35纳米管在多模式下表现出更优异的光催化活性。与紫外和可见降解模式相比,Bi₂WO₆/TiO₂-35纳米管在微波辅助光催化模式下对RhB的降解效率最高。这种增强的光催化活性源于适量Bi₂WO₆的引入、纳米管独特的形貌特征和降解模式所引起的增强的量子效率。降解过程中的活性物种被证明是h⁺,·OH和·O₂^-自由基。而且,在微波辅助光催化模式下,可产生更多的·OH和·O₂^-自由基。     

TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用*

TiO₂ 多相光催化能利用太阳能有效降解多种对环境有害的污染物, 使有害物质矿化为CO₂、H₂O 及其它无机小分子物质。本文综述了TiO₂光催化的机理, 提高光催化能力的途径, 多种具有代表性污染物的光催化降解处理方法,以及目前尚存在的一些问题,扼要介绍了近年来TiO₂光催化反应及其在废水处理中应用的研究进展及应用前景。     

双锥状纳米晶TiO2微管的制备及其光催化性能

本文采用模板法与溶胶-凝胶法结合,以脱脂棉为模板制备出了TiO2中空微管光催化材料.利用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)对其在不同煅烧温度下产物的表面形貌及晶型进行了表征.以甲基橙的脱色降解为模式反应,考察了宏观形貌及煅烧温度对TiO2光催化性能的影响.结果表明:以脱脂棉为模板制得的TiO2中空微管直径3～8μm、壁厚0.5～1μm,TiO2晶体直径为30～80 nm,长径比约为5:1,呈双锥状结构,微管样品在酸性条件下30min内对甲基橙催化降解效率提高了约16%～40%.     

N 掺杂TiO2光催化剂的制备及其可见光活性研究

A visible-light-active photocatalyst was prepared by calcination of the hydrolysis product of tetrabutyl titanate with ammonia as precipitant. The photocatalyst was characterized by X-ray diffraction (XRD), UV-Vis diffuse reflection spectra (DRS), thermal gravimetric-differential thermal analysis (TG-DTA), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscope (SEM). The color of the photocatalyst was yellow and could absorb light wavelength under 550 nm as measured by DRS. The catalyst calcined at higher temperature will give lower absorbance for visible light. Structures of the sample were characterized mainly to be anatase by XRD except for the sample calcined at 700 ℃ which gave mixtures of anatase and rutile. TG-DTA results showed that temperature for anatase formation was 415 ℃. XPS results showed that doped-nitrogen was presented in the sample, they are important to show visible-light absorbency. The photocatalytic activities were evaluated using methyl orange and phenol as model pollutants, the results showed that over 90% of phenol could be degraded under visible light using N/TiO₂ as the catalyst after 4 hours reaction. Almost the same activity was found for the TiO₂ photocatalyst calcined at different temperature under sunlight but activities were different when the treatment was under UV light.     

TiO2纳米纤维无纺布的制备及光催化性能研究

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为配位剂与钛酸正丁酯(Ti(C₄H₉O)₄)反应制得前驱体，再以乙醇为溶剂，CH3COOH作为催化剂，采用静电纺丝法制得PVP/TiO₂复合纳米纤维，经550 ℃、700 ℃和900 ℃焙烧后分别得到以锐钛矿型的TiO₂为主、以金红石型TiO₂为主和完全金红石晶型的TiO₂纳米纤维。对所制得的纳米纤维的结晶度、纯度和形貌，分别采用差热-热重分析(TG-DTA)、红外光谱(IR)、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等进行了表征。光降解苯酚水溶液的实验结果表明，550 ℃下煅烧得到的以锐钛矿占主体的TiO₂纳米纤维，2 h使浓度为50 mg·L^-1苯酚水溶液的降解率超过85%，这充分说明这种TiO₂电纺纳米纤维具有良好的光催化性能。     

蛭石负载TiO2光催化剂的制备与性能

以新疆尉犁工业蛭石为载体,采用溶胶-凝胶法制备负载型二氧化钛光催化剂,利用XRD、TG、SEM、IR和低温N₂吸附－脱附对负载型二氧化钛进行表征,并以亚甲基蓝为目标降解物对其光催化性能进行研究。讨论了不同TiO₂负载量、反应温度和煅烧温度等因素对负载型二氧化钛光催化性能的影响,结果表明：TiO₂负载量为4.0wt%,反应温度为40 ℃,煅烧温度为400 ℃时,复合材料光催化效果最好,经60 W紫外灯照射20 min后,TiO₂/VMT复合材料对亚甲基蓝溶液的降解率为92.08%。     

微观形貌可控TiO2的制备及其光解水产氢性能

通过简单的沉淀、水热、溶剂热和溶胶凝胶法分别制备出实心球（s-TiO₂）、空心球（h-TiO₂）、纳米管（a-TNT）和介孔形状（m-TiO₂）的锐钛矿晶型结构TiO₂光催化材料。采用HRTEM、FESEM、XRD、UV-Vis、N₂吸-脱附和光解水制氢反应等对催化材料的微观表面结构、光吸收性能以及不同形貌光催化剂的光解水制氢的性能对比研究。结果表明：s-TiO₂具有最高的光催化活性,主要归功于s-TiO₂独特的微观形貌结构所致,s-TiO₂是由亚微晶颗粒组成的介孔状实心球,亚微晶粒径相比较其它形貌的材料要小,有利于光生载流子的迁移,抑制电子-空穴对的体相复合,导致活性提高。同时,晶化过程用于传质通道的无序微孔可以束缚用作牺牲剂的CH₃OH分子,使得空穴快速被牺牲剂消耗,减少与电子复合。     

微观形貌可控TiO2的制备及其光解水产氢性能

通过简单的沉淀、水热、溶剂热和溶胶凝胶法分别制备出实心球(s-TiO_2)、空心球(h-TiO_2)、纳米管(a-TNT)和介孔形状(mTiO_2)的锐钛矿晶型结构TiO_2光催化材料。采用HRTEM、FESEM、XRD、UV-Vis、N2吸-脱附和光解水制氢反应等对催化材料的微观表面结构、光吸收性能以及不同形貌光催化剂的光解水制氢的性能对比研究。结果表明:s-TiO_2具有最高的光催化活性,主要归功于s-TiO_2独特的微观形貌结构所致,s-TiO_2是由亚微晶颗粒组成的介孔状实心球,亚微晶粒径相比较其它形貌的材料要小,有利于光生载流子的迁移,抑制电子-空穴对的体相复合,导致活性提高。同时,晶化过程用于传质通道的无序微孔可以束缚用作牺牲剂的CH3OH分子,使得空穴快速被牺牲剂消耗,减少与电子复合。     

Bi2WO6/TiO2纳米管异质结构复合材料的多模式下的光催化活性比较

以TiO₂纳米管为模板,采用多组分自组装结合水热法制备Bi₂WO₆/TiO₂纳米管异质结构复合材料。通过多种技术如X射线衍射（XRD）,X射线光电子能谱（XPS）,N₂吸附-脱附,扫描电镜（SEM）,高分辨透射电镜（HRTEM）和紫外可见漫反射吸收光谱（UV-Vis DRS）考察所制备样品的组成、结构、形貌、光吸收和电子性质。Bi₂WO₆纳米片或纳米粒子分布在TiO₂纳米管上,形成异质结构。随后,通过在紫外、可见和微波辅助光催化模式下降解染料罗丹明B（RhB）来评价复合催化剂的光催化活性。与TiO₂纳米管和Bi₂WO₆相比,Bi₂WO₆/TiO₂-35纳米管在多模式下表现出更优异的光催化活性。与紫外和可见降解模式相比,Bi₂WO₆/TiO₂-35纳米管在微波辅助光催化模式下对RhB的降解效率最高。这种增强的光催化活性源于适量Bi₂WO₆的引入、纳米管独特的形貌特征和降解模式所引起的增强的量子效率。降解过程中的活性物种被证明是h⁺,·OH和·O₂^-自由基。而且,在微波辅助光催化模式下,可产生更多的·OH和·O₂^-自由基。