新型光催化材料石墨炔-TiO2的第一性原理研究

采用基于色散矫正密度泛函理论的第一性原理方法,研究石墨炔和石墨烯对TiO2光催化性能提高的机理.通过研究发现在石墨炔-TiO2(101)复合物中,石墨炔和TiO2(101)间相互作用较强,TiO2(101)表面上的O原子和其top位的C原子形成离域性强的C—O共价键.电子密度,电子差分密度和Mulliken电荷的计算结果显示,石墨炔复合TiO2(101)晶面更有利于电子在界面间的转移,并减低电子-空穴的复合率.通过对电子结构的分析发现,在石墨炔-TiO2(101)复合物的带隙中引入了多条杂质能级,而石墨烯-TiO2(101)复合物的带隙中没有杂质能级的出现.杂质能级能够为光激发时电子的跃迁提供辅助平台作用,有利于光催化性能的提高.同时石墨炔-TiO2(101)复合物的价带位置比石墨烯-TiO2(101)复合物更低,说明其氧化能力更强,有利于其光催化性能的提高.     

孔道结构H3PW12O40/TiO2的制备及其可见光光催化降解水溶性染料的性能

 采用溶胶-凝胶方法制备了孔道结构复合材料H3PW12O40/TiO2,采用ICP-AES,UV/DRS,31P MAS NMR,TEM和N2吸附等技术对其组成和结构进行了表征. 结果表明,催化剂中活性组分H3PW12O40的基本骨架结构未发生改变,H3PW12O40的担载量为22.29%,催化剂平均粒径为40 nm,具有双孔结构,其平均微孔和介孔孔径分别为0.61和3.06 nm. 考察了催化剂可见光光催化降解6种水溶性染料的性能. 结果表明,6种染料均可不同程度地被降解和矿化. 通过对染料中性红的光催化降解实验,比较了H3PW12O40/TiO2,Degussa P-25和锐钛矿结构TiO2的可见光光催化活性,其中,H3PW12O40/TiO2活性最高,且催化剂最易分离,可循环使用.     

SiW12、PbS对提高TiO2纳米管光电转换效率的协同效应研究

复合薄膜可以改善TiO2纳米管在光电转换时电子-空穴易复合和吸收光谱范围窄的缺陷。用电沉积法将多酸H4SiW12O40（SiW12）沉积在TiO2纳米管表面形成SiW12/TiO2纳米管复合薄膜,再用连续离子层吸附反应法（SILAR）将PbS吸附到SiW12 /TiO2纳米管复合薄膜表面,形成PbS/ SiW12/TiO2纳米管复合薄膜,所得薄膜的光电转换效率相较于TiO2纳米管提高了57倍。X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）表征结果表明,用电沉积法和连续离子层吸附反应法实现了PbS/SiW12/TiO2纳米管复合薄膜的制备;紫外可见（UV-vis）吸收光谱测试表明,复合薄膜的光吸收带边扩展到了可见光区域,电化学阻抗测试（EIS）表明,复合薄膜具有更高的电子转移速率;荧光光谱（PL）测试表明,复合薄膜拥有更小的电子-空穴复合率。以上结果说明,SiW12、PbS与TiO2纳米管复合,很好地抑制了TiO2纳米管电子-空穴的复合,并拓宽了吸收光谱范围,能显著地提高TiO2纳米管的光电性能。本文探索了一种有效提高TiO2纳米管光电转换效率的方法,对TiO2纳米管复合薄膜的制备具有一定的参考意义。     

H_3PW_(12)O_(40)掺杂TiO_2介孔材料的制备及光催化性能

以P123为模板剂,采用溶胶-凝胶的溶剂热合成方法制备了H3PW12O40掺杂TiO2介孔材料H3PW12O40/TiO2.利用紫外可见漫反射吸收光谱(UV-vis/DRS)、X射线粉末衍射(XRD)、N2吸附和透射电子显微镜(TEM)手段对所制备的材料进行结构表征,罗丹明B(RB)为模型污染物评价其光催化性能.结果表明,所制备的介孔材料具有锐钛矿与板钛矿复合的晶型结构、大的BET比表面积和孔径均匀分布的介孔结构.光催化实验表明,H3PW12O40/TiO2可将罗丹明B完全矿化.     

过渡金属离子置换钛酸纳米管的制备和光催化活性

TiO2纳米粉体和纳米膜材料在光催化降解大气和水中的污染物等方面具有广泛的应用[1]。近年来,以TiO2为原料与浓N aO H反应合成的钛酸纳米管具有比其原料TiO2更大的表面积和孔体积,且对丙烯有光催化氧化降解活性而备受关注[2]。以往在对TiO2纳米粉体和纳米膜材料在光催化研究中,人们发现由于光激发产生的电子与空穴的复合,导致光量子效率很低。为克服这个缺点,人们使用过渡金属离子掺杂等多种手段对TiO2进行改性[3]。但钛酸纳米管相类似的研究还未见报道。对钛酸纳米管的结构和组成的研究表明[4],此纳米管状物的组成是N axH2-xTi3O7,…     

CNTs/TiO2多孔复合膜的组装及光催化性能

提出了一种在掺氟的SnO2(FTO)导电玻璃上组装碳纳米管(CNTs)/Fe-Ni/TiO2多孔复合膜光催化剂的新方法.采用喷涂热解法(SPD)将掺杂镍和铁的含有嵌段聚合物P123的二氧化钛前驱体溶胶涂覆在FTO导电玻璃上,制备Fe-Ni/TiO2多孔膜,再采用化学气相沉积法(CVD)在Fe-Ni/TiO2膜上原位生长CNTs,得到CNTs/Fe-Ni/TiO2多孔复合膜光催化剂.CNTs/Fe-Ni/TiO2复合膜具有多级孔结构特征,在TiO2表面原位生长的CNTs不但具有较好的石墨化结构,且CNTs较均匀地分布在整个膜层的孔中.考察了CNTs/Fe-Ni/TiO2复合膜光催化剂的结构和性能,并通过降解甲基橙溶液评价了复合膜的光催化活性.结果表明,CNTs的复合及铁和镍的掺杂等改性显著提高了TiO2膜材料的光催化活性.     

孔道结构H3PW12040／TiO2的制备及其可见光光催化降解水溶性染料的性能

采用溶胶一凝胶方法制备了孔道结构复合材料H3PW12040／TiO2，采用ICP-AES，UV／DRS，^31PMAS NMR，TEM和N2吸附等技术对其组成和结构进行了表征．结果表明，催化剂中活性组分H3PW12O40的基本骨架结构未发生改变，H3PW12O40的担载量为22．29％，催化剂平均粒径为40nm，具有双孔结构，其平均微孔和介孔孔径分别为0．6l和3．06nm．考察了催化剂可见光光催化降解6种水溶性染料的性能．结果表明，6种染料均可不同程度地被降解和矿化．通过对染料中性红的光催化降解实验，比较了H3PW12040／TiO2，Degussa P-25和锐钛矿结构Ti02的可见光光催化活性，其中，H3PW12040／TiO2活性最高，且催化剂最易分离，可循环使用．     

共价键联的PW11/TiO2介孔杂化材料的合成及其光催化性能

采用二次嫁接的方法,将Keggin结构的缺位钨磷酸盐PW11嫁接到介孔TiO2的表面,得到PW11/TiO2杂化样品。采用IR、低温N2吸附、XRD、TEM和ICP-AES等对样品的结构、PW11负载量以及键联机理进行了表征和研究,对样品光催化降解甲基橙的性能进行了考察。 结果显示,用蒸发诱导自组装法合成的TiO2,焙烧前结构松散,可部分水解并与PW11反应,生成PW11Ti物种,后者与TiO2骨架缩合,从而实现PW11的键联嫁接。 与纯TiO2相比,杂化样品中锐钛矿相的结晶度稍有降低,孔径、孔容减小,但是对甲基橙的光催化降解活性却明显增加,显然这是PW11和TiO2间发生了“协同效应”所致。     

多酸/二氧化钛复合光催化剂的制备及光催化苯胺的研究

采用溶胶-凝胶法,将Keggin结构的饱和磷钨酸、硅钨酸复合到二氧化钛薄膜中,合成出POM/TiO2复合光催化剂.红外光谱表明在复合膜中,多酸仍保持其基本结构不变.详细考察了催化剂种类、催化剂用量和反应体系等因素对苯胺的光催化降解反应的影响.     

双介孔结构的纳米TiO2/I2复合材料的制备及其可见光催化性能

以钛酸丁酯为前驱体,碘溶胶为碘源,在室温下采用水解沉淀法制备了单质碘和纳米TiO2复合的双介孔结构光催化剂(M-I2-TiO2).采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、比表面分析(BET)、紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱和傅里叶变换-红外光谱(FT-IR)对M-I2-TiO2进行了表征.以次甲基蓝(MB)溶液为模拟废水,对M-I2-TiO2的光催化性能进行了评价,研究了不同热处理温度对光催化活性的影响.结果表明,M-I2-TiO2在可见光区有显著的吸收,300℃热处理得到的样品比表面积高达227.6 m2/g,600℃热处理所得样品的比表面积仍高达111.8 m2/g,而400℃热处理所得样品具有最好的光催化降解性能.双介孔结构纳米TiO2/I2复合材料的光催化降解性能显著高于相同方法制备的纯TiO2和Degussa P-25商业产品.催化剂经6次重复使用其光催化活性基本保持不变.     

WO3-TiO2薄膜型复合光催化剂的制备和性能

 采用溶胶－凝胶法在多孔钛片上制备了WO3－TiO2薄膜型复合光催化剂,并用甲基橙的光催化降解反应对所得薄膜型催化剂的活性进行了评价．实验结果表明：x（W）＝0．5％,涂覆层数为3层,在500℃焙烧1h的WO3－TiO2薄膜型光催化剂的活性最高,比纯TiO2薄膜高出96．7％．此时多孔钛片上负载的TiO2以锐钛矿和金红石两种晶形存在,表明适量W的掺入可使TiO2的相转变温度显著降低．     

球磨法制备复合光催化剂Bi12TiO20/ZnO及其光催化性能

本文用水作为分散介质,采用球磨法掺杂一定量的Bi₁₂TiO₂₀于ZnO中制备复合光催化剂Bi₁₂TiO₂₀/ZnO. 利用UV-Vis、XRD和SEM等仪器对样品进行了分析与表征. 通过对甲基橙的氧化来研究其光催化活性. 结果表明,光催化剂Bi₁₂TiO₂₀/ZnO对甲基橙氧化的催化活性高于氧化锌的催化活性.当Bi₁₂TiO₂₀的掺杂量为0.5%(质量分数),球磨时间为12 h,焙烧温度为300℃时,光照20 min后,复合光催化剂Bi₁₂TiO₂₀/ZnO对甲基橙的降解率可达到95.2%.     

Fixed-bed column studies of pentachlorophenol removal by use of alginate-encapsulated pillared clay microbeads

The high rate of electron/hole pair recombination reduces the quantum yield of the processes with TiO(2) and represents its major drawback. Adding a co-adsorbent increases the photocatalytic efficiency of TiO(2). In order to hybridize the photocatalytic activity of TiO(2) with the adsorptivity of carbon nanotube, a composite of multi-walled carbon nanotubes and titanium dioxide (MWCNT/TiO(2)) has been synthesized. The composite was characterized by means of X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FESEM), Fourier transform infrared absorption spectroscopy (FTIR), and diffuse reflectance UV-vis spectroscopy. The catalytic activity of this composite material was investigated by application of the composite for the degradation of methyl orange. It was observed that the composite exhibits enhanced photocatalytic activity compared with TiO(2). The enhancement in photocatalytic performance of the MWCNT/TiO(2) composite is explained in terms of recombination of photogenerated electron-hole pairs. In addition, MWCNT acts as a dispersing agent preventing TiO(2) from agglomerating activity during the catalytic process, providing a high catalytically active surface area. This work adds to the global discussion of how CNTs can enhance the efficiency of catalysts.     

二氧化钛纳米管的制备与光催化活性

用阳极氧化法,室温条件下在含NH4F和H2O的电解液(丙三醇+NH4F+H2O;乙二醇+NH4F+H2O)中制备了TiO2纳米管阵列。用环境扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)表征二氧化钛纳米管阵列的微观形貌和物相结构。在丙三醇电解液中,电压为60 V,65 V,70 V,75 V制备的纳米管直径依次为160、170、190、220 nm。对甲基橙(10 mg/L)降解测试TiO2纳米管阵列的光催化性能。研究结果表明:在100 V阳极电压制备经过500℃退火处理后的TiO2纳米管阵列的光催化效果最好,其光催化降解率在光照时间120 min时达到89.2%。     

Synthesis of a hybrid assembly composed of titanium dioxide nanoparticles and thin multi-walled carbon nanotubes using "click chemistry"

A hybrid assembly composed of thin multi-walled carbon nanotubes (t-MWCNT) and titanium dioxide (TiO(2)) has been prepared by using "click" chemistry for photocatalytic applications. TiO(2)-decorated t-MWCNT hybrids with anatase phase TiO(2) were obtained from the reaction of an azide moiety-containing TiO(2) with alkyne-functionalized t-MWCNTs. The hybrids were systematically characterized using Fourier transform infrared spectroscopic (FT-IR), Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), field emission scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), energy dispersive X-ray spectrum (EDX), and X-ray diffraction (XRD) measurements. The nanohybrid has been proved to be highly active and robust for photocatalytic degradation of methyl orange. The click coupling approach is a simple and convenient route to efficiently assemble TiO(2) on the surface of carbon nanotubes, and can be extended to obtain many other nanoparticle hybrids based on carbon nanotubes.     

Fe2O3/TiO2纳米管的制备及其光电催化降解染料废水性能

采用阴极电沉积和阳极氧化法制备了Fe2O3改性TiO2纳米管(Fe2O3/TiO2-NTs)电极,运用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射和紫外-可见漫反射光谱等手段对其进行了表征,考察了其光电化学性能,并研究了复合电极光电催化降解甲基橙染料废水的反应性能.结果表明,Fe2O3的负载成功地将TiO2-NTs的光响应区间拓宽到可见光区域,Fe2O3/TiO2-NTs复合电极的光电流密度达到TiO2-NTs电极的3倍.在光电催化反应中,Fe2O3/TiO2-NTs复合电极对甲基橙的脱色效果明显优于TiO2-NTs电极,以Fe2O3/TiO2-NTs为阳极,光照5min,甲基橙溶液的脱色率可达90%以上.     

Ag@AgCl修饰TiO2-xCx光催化剂的制备及其可见光降解污染物性能

以钛酸丁酯和葡萄糖为原料用水热法制备了碳掺杂二氧化钛,再进一步对其进行Ag@AgCl表面修饰.用X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS),透射电镜(TEM),BET比表面仪和紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱等手段对样品进行测试表征;在可见光辐射下(λ＞420 nm),以甲基橙和苯酚溶液的光催化降解实验来评价样品的活性.结果表明:经Ag@AgCl修饰后,样品的粒径增大,比表面积减小,对可见光的响应增强;可见光光催化效率有大幅度提高,对甲基橙和苯酚的降解效率分别是修饰前的5.5和3.4倍,且光催化剂经三次循环使用后活性基本保持不变.     

H3PW12O40／CeO2光催化脱色甲基橙溶液的研究

以CeO2为载体,用浸渍法制备了不同负载量的磷钨酸催化剂,并且考察了催化剂光催化脱色甲基橙溶液的催化性能。结果表明:磷钨酸最佳负载量为9%(质量分数);光催化剂加入量为300mg/100mL;在较低浓度下,甲基橙溶液的光催化脱色反应符合一级动力学方程;H3PW12O40/CeO2与TiO2具有相同的催化性能;催化剂再生后活性可恢复至65%。