纳米TiO2光催化剂改性研究进展

TiO2光催化活性高,化学稳定性好,绿色环保及价廉等特点,在污水处理、有机污染物降解、催化制氢、抗菌抗癌及自清洁等方面有巨大的应用前景。然而TiO2半导体禁带宽,光谱范围小,光量子效率低等问题限制了其光催化性能。文章综述了TiO2光催化剂优化改性的研究进展,系统分析了TiO2半导体的结构特征与作用机理,以及TiO2光催化过程的影响因素,着重介绍了TiO2光催化剂多元优化改性方法的优势及不足,最后对未来发展新型TiO2基光催化剂提出了建议。     

Ag改性TiO2催化剂的制备、表征及其甲苯气相光催化降解性能

用溶胶-凝胶法制备Ag改性的TiO2催化剂,并用XRD、SEM、BET、O2-TPD和UV-Vis DRS等测试手段对其进行表征．结果表明,与TiO2相比,所制备催化剂颗粒直径明显减小,比表面积明显增大,对可见光的吸收明显增强,同时出现了表面吸附氧和Ag电子捕获中心．甲苯气相光催化降解结果显示,当Ag与Ti的摩尔比（n...     

TiO2/AC光催化剂上气体污染物降解的反应动力学模型

 利用二氧化钛与活性炭(AC)共水热处理的方法制备了TiO2/AC复合催化剂,采用空气净化评价装置对其催化降解低浓度气体污染物丁醛的性能进行了模拟评价实验. 基于Langmuir-Hindshelwood方程和一些假设,推导了循环反应系统气体污染物降解的瞬态模型. 结果表明,该动力学模型所得数据与丁醛的模拟评价实验结果基本相符,预示着该模型能够很好地预测污染物的降解行为.     

Au/TiO2光催化剂的制备及其催化性能

采用改进的等体积浸渍法、光化学沉积法分别制备了不同Au担载量的Au／TiO2光催化剂,以甲基橙的光催化降解反应作为模型反应,考察了金的担载量、预处理条件、制备方法等因素对其光催化性能的影响,以漫反射紫外一可见光谱（DRS）分析了不同金担载量的Au／TiO2光催化剂的光谱特征。结果显示,适当担载量的Au可显著提高TiO2的光催化活性,以改进的等体积浸渍法制备的0．8％Au／TiO2催化剂的光催化活性最高。DRS结果显示,金的担载对TiO2的光谱特征没有影响。     

受控水解法制备纳米TiO2光催化剂及其结构性能

由于纳米TiO2比表面积大,表面活性高,无毒,具有较高的化学稳定性和优良的光催化性能,在作为光催化材料去除空气及水中的有机污染和抗菌、自洁方面具备广阔的前景。     

B,N-SnO2/TiO2光催化剂的制备及其光催化性能研究

为了提高TiO₂在可见光下的光催化活性, 采用聚合物前驱体法制备了B,N共掺杂的SnO₂/TiO₂(B,N-SnO₂/TiO₂)粉体型光催化剂. 进一步为了提高光催化剂的实用性, 通过浸渍-裂解法制备了氧化铝纤维毡负载的B,N-SnO₂/TiO₂光催化剂. 利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、场发射透射电子显微镜、X射线光电子能谱、比表面积分析仪、紫外-可见分光光度计等对其进行了表征. 以氧氟沙星水溶液为模拟污染物, 考察了B,N-SnO₂/TiO₂粉体型光催化剂和负载型光催化剂的可见光催化活性及稳定性. 结果表明, 该粉体型光催化剂在可见光下光照15 min, 对氧氟沙星的降解率可达98.3%. 负载型光催化剂也表现出了良好的光催化性能及可重复性和稳定性, 在21次重复使用后光催化性能几乎不发生变化.     

SiO2负载的TiO2光催化剂可见光催化降解染料污染物

 采用酸催化溶胶-凝胶法制备了SiO2负载的TiO2光催化剂,考察了制备条件对负载型TiO2光催化剂的晶相、结构、比表面积和可见光催化活性的影响. 结果表明,采用SiO2为载体时,TiO2以纳米颗粒的形态分散在载体表面,负载型TiO2/SiO2催化剂的比表面积大、等电点低而且热稳定性能良好. 偶氮染料酸性橙7的可见光催化降解实验结果表明,染料污染物在催化剂表面的吸附是影响催化剂可见光催化活性的重要因素. 与试剂TiO2样品相比,负载型TiO2/SiO2光催化剂具有更好的光催化活性和沉降性能.     

纳米TiO2的制备及其改性和应用研究进展

简要介绍了TiO2纳米材料的制备、改性方法及其应用;其制备方法包括气相法和液相法,液相法又包括溶胶-凝胶法、水热/溶剂热法、液相沉积法和微乳液法;其改性主要包括贵金属沉积、离子掺杂、染料敏化和半导体复合;其应用领域则主要包括光催化、光伏电池和光解水.     

以酚醛树脂为碳源的碳改性TiO2可见光光催化剂

以合成的水溶性酚醛树脂(PF)和TiO2为原料,在N2气氛下焙烧制备了碳改性TiO2催化剂PF/TiO2,并采用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和紫外-可见漫反射吸收光谱对样品进行了表征.结果表明,PF/TiO2催化剂具有和原料TiO2相同的晶相和形貌,且在可见光区产生明显的吸收.另外,在样品表面存在Cn,...     

碳纳米管改性TiO2光催化剂的制备及性能

以钛酸四丁酯为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备了碳纳米管（CNT）改性的TiO2光催化剂．考查了不同CNT含量的光催化剂的催化活性,结果农明CNT的质量分数为0．3％时对甲基橙具有最佳的降解效果,100min的降解率接近90％,明显高于纯TiO2．采用XRD、IR和UV—vis对光催化剂进行了表征,光催化剂的粒径经计算为20nm～30nm,红外光漕中改性TiO2有羰基吸收峰,紫外光谱中改性TiO2的吸收出现明显红侈．     

Z-机制磷酸银/钨酸铋复合物的构建及其可见光催化降解有机污染物(英文)

环境危害不仅对人类健康构成巨大威胁,而且也阻碍了经济社会的快速发展.光催化剂通过利用太阳能来降解污染物为环境问题提供一条理想的途径.光催化剂的制备应该考虑以下几点:(1)对可见光响应;(2)高量子效率和稳定性;(3)安全、廉价、无毒的原材料.早期的一些催化剂如二氧化钛、氧化锌、硫化锌、锗酸锌和磷酸铋等在紫外线照射下表现出优秀的光催化活性.但是紫外光是稀有的,而且对人体健康有害.近年来,对宽带隙半导体的改性如掺杂、贵金属沉积、构建异质结或固溶体催化剂取得了有效进展.遗憾的是,受限于材料的固有属性,有限的改进仍然不能满足实际应用的需求.因此,探索高效稳定的可见光驱动的光催化剂依然是十分有意义的.磷酸银在可见光下表现出超强的光催化降解有机污染物和产氧的能力,但是磷酸银容易受到光腐蚀,光催化活性和稳定性很难维持.另外,磷酸银导带上的电子电势较正,这将导致其很难在光催化过程中被利用.而磷酸银导带上电子的积累会抑制其内部电子空穴对的分离,从而对磷酸银的光催化活性和稳定性造成不利影响.本文选择钨酸铋纳米片与磷酸银复合去抑制电子空穴对的复合和进一步提高磷酸银的活性和稳定性.样品的粉末X射线衍射、能谱和X光电子能谱的分析证实了磷酸银/钨酸铋复合物已经被成功合成.稳态荧光光谱证实了磷酸银/钨酸铋复合物的构建可以作为一种有效抑制电子和空穴对复合的手段.通过对样品进行光催化降解次甲基蓝的实验,我们发现磷酸银/钨酸铋复合材料展现出比磷酸银和钨酸铋更强的光催化活性.其中,磷酸银/钨酸铋光催化降解次甲基蓝的速率为0.61385 min~(-1),这是磷酸银(0.47179 min~(-1))和钨酸铋(0.10270 min~(-1))活性的1.3和6.0倍.同时,磷酸银/钨酸铋表现出耐久的稳定性,在连续五次光降解过程中几乎没有明显的活性损失.进一步通过对磷酸银/钨酸铋复合材料进行光催化活性成分的捕获实验,我们发现空穴、超氧负离子自由基和羟基自由基都发挥了一定的作用.最后,我们讨论了光催化机制,Z-机制光催化机制被认为是合理的.     

纤维状TiO2／Bi2O3光催化剂的制备及其光催化性能

研究了SrCo0．7Fe0．2Mo0．103-δ（SCFM）材料的相组成、微观结构、热膨胀系数、氧渗透性能和化学稳定性,其结果和文献中的SrCo0．8Fe0.2O3-δ（SCF）做了对比．通过EDTA-citric混合方法成功获得了纯相SCFM材料．SCFM材料在500-1050℃显示出比SCF材料更低的热膨胀系数（24×10^-6-29×10^-6／K）,表明其具有一种更稳定的结构,尽管由于Mo掺杂造成其透氧率比SCF材料低,但是SCFM的透氧率仍然维持在一个较高水平．证实SCF中的Mo掺杂能够阻止晶格中的有序-无序转变,提高了其在CO2下的化学稳定性．     

镍离子表面处理对二氧化钛光催化活性的影响

采用溶胶-凝胶法制备出纳米TiO2和TiO2-Ni催化剂. 光催化降解对氯苯酚实验证明, TiO2-Ni催化剂的紫外、可见光催化活性均高于TiO2. FTIR和Raman结果表明, Ni2+离子被化学吸附在TiO2表面形成ONiOO表面物种. SPS的结果表明, TiO2-Ni表面ONiOO物种的表面态能级在价带上方2.84 eV. 该能级既能产生可见光响应, 又有效地促进了光生载流子的分离, 使催化剂紫外、可见光催化活性提高.     

石墨烯/电气石/二氧化钛复合材料的制备及其光催化降解异丙醇性能

光催化是一种理想的应对全球能源短缺和环境污染问题的绿色化学技术,可以实现有机物降解、水分解和二氧化碳光还原等.光催化反应效率受诸多因素影响,其中光生载流子(电子和空穴)的分离和传输具有至关重要的作用.以往研究表明,构筑多元复合光催化材料体系有利于光生电子和空穴有效分离和传递,促进催化剂表面的还原和氧化反应,从而提高其光催化效率.基于以上考虑,我们提出了一种新型的石墨烯/电气石/TiO2三元复合光催化材料体系,其中TiO2因其价格低廉、无毒和抗光腐蚀等优点而被广泛用作光催化材料;石墨烯(G)拥有独特的二维结构、高的电子迁移率、大的比表面积,是一种优异的催化剂载体;电气石(T)的一个重要性质是表面存在自发极化的静电场,该静电场将会影响光激发载流子的分离、传递和光催化反应过程.利用水热法合成了不同成分的石墨烯/电气石/TiO2三元复合材料体系.为了对比研究石墨烯表面电荷性质的影响,其中一组的石墨烯(氧化石墨)为直接采用改良的Hummers法所制备,其表面带负电;另一组的石墨烯经聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)修饰,使其表面带正电.X射线衍射结果显示,三元复合材料中TiO2为锐钛矿相,其结晶性没有因为与石墨烯和电气石的复合而受到影响.扫描和透射电子显微分析表明,TiO2的平均颗粒大小为15 nm左右,并且与石墨烯和电气石均匀复合.傅里叶变换红外光谱和zeta电位表征分析证实,PDDA可以有效地对石墨烯进行功能化改性,使其表面带正电.紫外-可见分光光谱显示,石墨烯/电气石/TiO2三元复合材料与TiO2的吸收带边一致,复合材料中石墨烯和电气石并没有改变TiO2的光吸收特征.光催化降解异丙醇实验表明,石墨烯/电气石/TiO2三元复合材料优于单纯的TiO2、石墨烯/TiO2以及电气石/TiO2二元复合材料,当石墨烯和电气石的质量百分比分别为0.5%和5%时,三元复合材料降解异丙醇产生丙酮的速率达到最高(223μmol/h).特别值得指出的是,由表面带负电的石墨烯组成的复合材料比由带正电荷的PDDA-石墨烯组成的复合材料具有更高的光催化性能,原因如下:在水溶液中显示正zeta电位值的TiO2与带负电的石墨烯/电气石复合物静电吸引而均匀紧密复合,有利于TiO2中光生电子和空穴的快速分离和传递,从而使得石墨烯/电气石/TiO2三元复合材料具有较高的光催化性能;而带正电的PDDA-石墨烯/电气石复合物和TiO2颗粒相互排斥而不宜复合,导致PDDA-石墨烯基复合材料的光催化活性降低.机理研究揭示,在三元复合材料光催化降解异丙醇的反应中起主要作用的是光生电子和空穴.基于以上研究结果,我们提出了三元复合材料光催化降解异丙醇的反应机理.     

硝酸根接枝诱导组装金红石相TiO2纳米束以增强光催化产氢（英文）

化石燃料的快速消耗加速了全球能源危机和环境污染等问题.光催化产氢直接利用清洁和可持续的太阳能实现向化学燃料的转化,因而成为一种有前景的技术.众多半导体光催化剂中,二氧化钛因其高光催化活性、稳定的化学性质、低成本和无毒等优势而被广泛用作分解水产氢的光催化剂.最近,金红石相TiO2纳米晶体在某些情况下被证明具有光催化的潜力,然而其光生电子-空穴对的快速复合显著抑制了光催化效率.表面修饰、构建异质结和负载助催化剂等策略被用来提高光生载流子的分离效率以减少复合损失,从而提升光催化活性.由于光催化反应通常发生在光催化剂的表面活性位点上,因此通过改善表面性质改变电荷转移途径对光催化活性具有重要影响.磷酸、硫酸、硼酸和盐酸等无机酸的修饰可以改变光催化剂的表面基团,分别通过促进表面羟基的形成和氧气的吸附以及改变表面电荷性质更有效地捕获空穴,实现光生电子和空穴的分离,有助于光催化降解有机污染物.然而,这种影响机制显然不适用于光催化产氢体系,目前对无机酸修饰用于分解水产氢的研究鲜有报道.因此,通过酸改性策略制备高效产氢的光催化剂仍然是一个相当大的挑战.本文利用硝酸诱导策略合成纺锤状金红石相二氧化钛纳米束(R-TiO2).首先,制备层状质子化钛酸盐(LPT)作为TiO2的前体,随后,加入浓硝酸以诱导向金红石相TiO2的转变,并组装形成纺锤状纳米束.对照实验显示,硝酸的酸化可以诱导LPT向金红石相TiO2的转变,而相同条件下浓硝酸后处理不会引起晶相的转变.纺锤形纳米束的形成源于,硝酸诱导R-TiO2沿(110)方向生长并彼此粘附,硝酸诱导组装过程成功在TiO2表面修饰上硝酸根,同时扩大了光吸收范围,有效减少了电荷复合损失.光催化产氢测试证明了R-TiO2光催化剂具有高效的产氢性能,产氢速率为402.4μmol h-1,是Degussa P25的3.1倍,并且显著高于未经浓硝酸处理的锐钛矿(52.0μmol h^-1)或金红石相(110.8μmol h^-1)光催化剂.为了说明表面硝酸根的影响,分别从晶体和化学结构、形态以及表面电荷性质方面比较了光催化反应前后的变化,结果表明,R-TiO2增强的光催化效率可归因于硝酸根基团的负场效应,有利于在表面上捕获带正电的质子以促进载流子分离,提高光催化产氢的效率.总之,本工作不仅对于发展表面修饰策略制备高效产氢光催化剂的研究具有重要意义,而且提出了一种不同于文献报道的无机酸影响机制.     

Visible Light Photocatalytic Activity of Pt/N‐TiO2 towards Enhanced H2 Production from Water Splitting

Present work mainly focuses on experimental investigation to improvement of hydrogen production by water photoelectrolysis. An experimental facility was designed and constructed for visible light photocatalysis. A series of N‐TiO₂ photocatalysts impregnated with platinum on the surface of N‐TiO₂ were prepared. Hydrogen production upon irradiating aqueous Pt/N‐TiO₂ suspension with visible light was investigated. The shift in excitation wavelength of TiO₂ was 380 nm improved the yield of hydrogen production by N‐TiO₂ and Pt/N‐TiO₂. We used a 400 W mercury arc lamp combined with a 400 nm cutoff filter eliminating all the wavelengths under 400 nm. Pt/N‐TiO₂ material was characterized with TPR, reflective UV/Visible spectroscopy and TEM. The best hydrogen production rate obtained for this setup for N/Ti = 10, 0.05 wt% Pt/N‐TiO₂, through water splitting was about 772 μmolh^?1g^?1.     

溶胶-凝胶法制备TiO2负载活化半焦光催化烟气脱硝

利用超声辅助溶胶-凝胶法,以钛酸正丁酯为钛源,制备了TiO2负载于活化半焦的光催化剂。考察了TiO2负载量,煅烧温度和时间,以及水对光催化脱硝活性的影响。利用X射线衍射（XRD）,BET,FT-IR,扫描电镜（SEM）以及能谱分析（EDS）等方法对催化剂进行了表征分析。实验结果表明,TiO2负载量为5.22 %,煅烧温度500 癈,煅烧时间为1 h时,TiO2/SC光催化脱硝剂效果最好,反应3小时后脱硝率仍高于70 %。通过添加自由基捕获剂的方法确定TiO2/ASC光催化脱硝过程中起主要作用的活性物种为?OH和?O2-,而空穴在本实验的光催化过程中几乎不起作用。对催化剂的再生研究发现,高温（400癈）水热一次再生可恢复催化剂脱硝活性至新鲜催化剂的100%,三次再生效果仍为新鲜催化剂脱硝率的80%。     

NOx气相光催化氧化降解研究

利用ＴｉＯ２光催化氧化技术对ＮＯｘ进行了净化研究,在一定反应条件下,ＮＯｘ光催化氧化降解率很高,Ｐ－２５的降解达９７％。考察了氧气,水含量等对ＮＯｘ光催化氧化的影响,同时对ＮＯｘ的吸附、光催化氧化动力学行为及机理进行了研究。利用ＦＴＩＲ分析确定反应产物,催化剂失活是由于反应产物硝酸吸附在催化剂表面所致。     

偏振光作用下金红石型TiO2单晶(001)面的表面光电压谱研究

TiO2是一种优异的光电功能材料,被广泛用于有机污染物光降解及太阳能光电转换[1～3].近年来的研究表明,表面原子排布对TiO2光电效能有决定性的影响.如Lowckamp[3]的研究表明,TiO2的(101)晶面与其它晶面相比具有高的光化学还原Ag+的能力.本文结合偏振光技术与表面光电压谱技术对金红石型TiO2单晶(001)面的光伏响应特性进行了研究,通过对TiO2不同晶面的电子跃迁形式的区分及其对偏振光的不同响应,揭示了表面原子排布与TiO2光电性质之间的关系,实现了对材料功能特性的调控.