拓扑相变制备具有拓宽可见光响应范围的Ti~(3+)自掺杂3D空盒状TiO_2（英文）

TiO_2广泛用作半导体光催化材料,但由于自身对光利用率低(只吸收紫外光)、禁带宽度较大、光生载流子复合率极高,限制了它在相关领域的应用.为此,设计了Ti~(3+)离子自掺杂来克服TiO_2半导体材料的上述缺点,进而提高其光催化活性.在不引入其他元素的情况下,以TiOF_2为原料,Zn粉为还原剂,在水热条件下采用拓扑相变法原位制备了具有可见光响应的Ti~(3+)自掺杂空盒状TiO_2(记为Ti~(3+)/TiO_2)催化剂材料.掺杂金属离子可以改变半导体TiO_2的结晶度和产生晶格缺陷,形成电子或空穴的捕获中心,影响电子-空穴对的复合;同时,掺杂金属离子产生的晶格缺陷有利于Ti~(3+)和氧空位的形成,有利于提高TiO_2的量子效率.Ti~(3+)掺杂是一种既清洁又未引入其他金属离子的掺杂改性方法,它能有效保持催化剂的结构和形貌不受其他金属离子的影响.总之,金属离子掺杂有效拓展了TiO_2的光吸收范围,并极大地提高了TiO_2的光催化活性.本文研究了不同量的还原剂对催化剂空盒状TiO_2结构形貌影响,以及在可见光下光催化降解罗丹明B反应性能,发现Ti~(3+)/TiO_2催化剂均拥有非常好的光催化活性,其中R0.25催化剂在可见光下120 min,RhB降解率达到96%,是TiO_2的4倍多.且可循环使用5次的光催化循环降解实验后,表现出较高的稳定性.催化剂经过Ti~(3+)自掺杂后,对催化剂自身的空盒状结构形貌并无很大的影响,随着还原剂Zn粉的量增加,Ti~(4+)还原形成Ti~(3+)数量增加,导致形成更多的氧空位.皆为锐钛矿型TiO_2,与未掺杂Ti~(3+)的TiO_2比较发现,自掺杂Ti~(3+)的TiO_2的(105)XRD衍射峰越来越尖锐,(004)衍射峰越来越宽.随着还原剂Zn粉质量的逐渐增加,催化剂的光响应范围拓宽到可见光区,且逐渐增强.这说明Ti~(3+)的掺杂不仅提高了TiO_2在可见光的响应能力,也提高了TiO_2在紫外光范围的响应能力.另外,掺杂后的TiO_2禁带宽度的减小,使其价带上的电子更容易被可见光激发,产生更多的电子-空穴对参与光催化反应,从而提高TiO_2的光催化效率.     

碳和钇共掺杂对混相TiO_2光催化性能的影响（英文）

TiO_2因其毒性低、稳定性高、制备成本低廉而获得广泛应用,特别是作为光催化剂在降解环境污染物方面受到了广泛关注;然而,纯TiO_2较大的光生载流子复合率和较宽的带隙限制了其应用.元素掺杂作为一种拓宽光催化剂光吸收能力的方法广泛应用于各种光催化剂的修饰改性,而两种具有光催化性能的TiO_2相共存则能有效抑制光生载流子的复合,因此采取合适的方法有效利用这两种TiO_2改性的方法制备得到更具实际应用潜质的光催化剂具有一定的可行性.本文通过简单的溶胶-凝胶过程向锐钛矿相与金红石相组成的混相TiO_2中共掺杂碳和钇得到了一种活性较高的可见光响应光催化剂.采用粉末X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱和透射电镜等表征手段研究了碳和钇掺杂对TiO_2结构的影响,发现碳掺杂有利于金红石相的形成且材料具有更大的晶粒尺寸,钇掺杂则有利于锐钛矿相的形成且能细化材料的晶粒尺寸,提高材料的比表面积,导致材料更好的光催化活性.材料在30 W荧光灯光照条件下的光催化降解亚甲基蓝(MB)性能的研究显示,C-Y-TiO_2样品具有比单掺杂和未掺杂样品更高的光催化活性,其顺序为C-Y-TiO_2Y-TiO_2C-TiO_2TiO_2≈P25.此外,降解反应动力学研究表明C-Y-TiO_2样品光降解MB的速率是未掺杂样品在相同条件下降解速率的3.5倍.不同钇掺杂含量样品的结构和光催化降解MB的研究结果表明,钇掺杂显著促进了锐钛矿相TiO_2的形成.这说明钇可能仅掺杂进入锐钛矿相,因此合适的钇掺杂量才能有效形成最优化的光催化性能的混相TiO_2.不同热处理温度下获得的样品的光降解MB特性也表明,一定的热处理温度有利于合适的锐钛矿相和金红石相的组成,从而有利于相间的协同效应.紫外-可见光谱和荧光光谱表征分析表明,碳和钇的掺杂都拓展了其吸收光谱到可见光区域,且抑制了光生电子和空穴对的复合,进而提高了材料的光催化活性.碳和钇共掺杂的混相TiO_2具有较高可见光光催化活性的主要原因有两个方面:一是元素掺杂减小了TiO_2的带隙使得材料具有可见光响应;二是金属和非金属元素在锐钛矿相与金红石相TiO_2中不同的掺杂特性形成的协同效应,抑制了光生电子和空穴的复合.     

S掺杂的还原态TiO_(2-x)的制备及其可见光催化性能（英文）

作为一种稳定、价廉的光催化剂,TiO_2被广泛应用于各种污染物的降解;但是,较大的宽禁带(~3.2 eV)和较低的电子迁移率不仅使TiO_2很难吸收可见光,而且光生电子和空穴的复合几率高,从而导致TiO_2的总体光电效率不高.因此,设计能够被可见光激发、并具有快速光生电子传输的TiO_2一直是研究热点.研究表明,Ti~(3+)自掺杂的TiO_2(还原态TiO_(2-x))不仅能够被可见光激发,而且使TiO_2具有良好的电子导电性,从而有利于提高TiO_2的光电转换效率.另外,非金属元素的掺杂能够减小TiO_2的禁带宽度,使TiO_2能够响应可见光并具有良好的可见光催化性能,其中S元素的掺杂被广泛研究.目前,S掺杂纳米TiO_2的制备通常采用TiS2,单质S,硫脲、二甲亚砜等为S源,但这类原料通常价格昂贵或者具有一定的毒性,因而实际应用受到限制.而制备Ti~(3+)自掺杂TiO_2的方法大都是基于"还原法",在真空或强还原性气氛如H_2,CO中加热TiO_2,或采用高能粒子(电子、氩离子)轰击.在实际应用中,这些方法存在步骤多、条件苛刻、反应时间长和设备昂贵等不足.而且,还原法反应通常发生在颗粒的表面,形成的Ti~(3+)很容易被空气和水中的溶解O2氧化,降低材料的稳定性.虽然在温和的液相中还原Ti4+可用于制备Ti~(3+)掺杂的TiO_2,但是由于反应过程中有副产物生成,需要进行后续处理才能得到纯的Ti~(3+)自掺杂TiO_2.因此,设计一种简单的制备S掺杂还原态TiO_(2-x)光催化剂仍具有十分重要的意义.前期我们采用H_2O_2氧化TiH_2得到不同状态的前驱体凝胶,然后进行不同方式的后处理得到Ti~(3+)自掺杂的纳米TiO_2.本文以TiH_2和H_2O_2反应得到的黄色前驱体凝胶为Ti源,以价格低廉、无毒、稳定的二氧化硫脲为S源和还原剂,采用不同的方法制备了S掺杂的还原态TiO_(2-x)光催化剂.本文初步研究了在凝胶中加入二氧化硫脲后进行水热处理,以及将干燥的凝胶粉末与二氧化硫脲混合热处理对所得产物的影响.并与纯的TiO_2、还原态TiO_(2-x)和S掺杂TiO_2的光吸收、电化学、光催化性能进行对比研究.采用X射线衍射、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X-射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、比表面分析和电化学工作站等技术对产物的结构、形貌和光电性能进行了表征.以罗丹明B(RhB)溶液为模拟废水,考察样品的可见光催化性能.结果表明,不同的后续处理方式不仅影响S掺杂TiO_(2-x)的结晶性和形貌,而且影响产物的光吸收性能和电子传输性能,从而使不同条件下所得产物的可见光催化性能不同.其中,采用热处理方式得到的S掺杂TiO_(2-x)样品在可见光下降解RhB的速率分别是纯的TiO_2,TiO_(2-x)和S掺杂TiO_2的31,2.5和3.6倍,而且样品具有良好的循环稳定性.     

可见光响应的稀土离子掺杂TiO_2-还原石墨烯

利用吸附相反应技术耦合溶剂热处理过程,制备了可见光响应的La和Yb掺杂的TiO_2-还原石墨烯催化剂。结构表征和模拟海水中的苯酚光降解实验表明,吸附相反应制备后掺杂的稀土离子分散于TiO_2晶格结构中,促进了TiO_2从锐钛矿到金红石的转变从而形成混晶结构,并在催化剂中引入了少量Ti~(3+)离子。而Ti~(3+)的自掺杂作用可以显著提升催化剂的可见光响应和可见光催化活性,光降解5 h后对模拟海水中苯酚最高去除率在80%以上。可见光催化活性的大小是由催化剂中Ti~(3+)含量决定的,掺杂引入的混晶结构越多, Ti~(3+)含量越高,因而催化剂的可见光降解活性也越高。过多稀土离子会聚集在锐钛矿周围抑制晶型转变,减少了催化剂中的Ti~(3+)含量,也降低了催化剂可见光降解活性。     

蛋氨酸改性TiO_2空心纳米盒高效可见光催化RhB分解和NO氧化（英文）

由高能面TiO_2纳米片(TiO_2-NSs)组装成的TiO_2空心纳米盒(TiO_2-HNBs)显示出比单独TiO_2-NSs更强的光催化性能,但是TiO_2-HNBs依然属于紫外光催化剂,无法充分利用太阳能.因此,开发具有可见光响应的由高能面TiO_2-NSs组装而成的TiO_2-HNBs具有重要意义.本文将立方体TiOF_2与含有N和S元素的生物分子蛋氨酸混合,通过一步焙烧制备了具有可见光响应活性的N和S元素共掺杂的TiO_2-HNBs(掺杂催化剂标记为TMx,未掺杂催化剂标记为Tx,x代表焙烧温度).由立方体TiOF_2到锐钛矿相TiO_2空心纳米盒的转变是一个自模板转化过程.氟离子的存在降低了TiO_2高能面(001)面的表面能,从而使得高能面TiO_2纳米片的形成变得可能.因此,热处理立方体TiOF2可得到由高能面TiO_2纳米片组装的TiO_2空心纳米盒.本文系统研究了焙烧温度(300.500 oC)对所制TiO_2-HNBs结构与光催化性能的影响.结果发现,在350 ℃下焙烧,TiOF_2完全转化成锐钛矿相TiO_2-HNBs.但是焙烧蛋氨酸与TiOF2的混合物,需400 ℃才能完全实现TiOF_2到锐钛矿相TiO_2-HNBs的转变.这说明蛋氨酸的加入阻碍了TiOF_2向锐钛矿相TiO_2-HNBs的转变.XPS结果显示,经过400℃焙烧的蛋氨酸改性样品(TM400),N和S元素成功掺入了TiO_2-HNBs晶格,使其产生可见光催化活性.相对于400 ℃焙烧TiOF_2所得样品T400,蛋氨酸改性的TM400催化剂可见光降解罗丹明B染料(RhB)和NO氧化的性能分别提升了1.55倍和2.0倍,这与其更强的可见光吸收性能和光生载流子分离效率有关.400 ℃焙烧的蛋氨酸改性的TM400可见光催化活性稳定,连续5次可见光催化RhB降解后,其活性没有明显改变,显示了潜在的应用前景.     

可见光下掺Fe3+A-TiO2粉体对茜素红的催化降解

用水热法制备了(掺杂)TiO_2粉体试样,利用红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对产物进行了表征。探索在可见光下用(掺杂)TiO_2催化降解茜素红的效果,研究茜素红初始浓度、pH、催化剂用量、掺Fe~(3+)量、光照时间等因素的影响。结果表明:试样中出现3400、1636 cm~(-1)的吸收峰,说明它含有大量—OH;粉体为锐钛矿型即为A-TiO_2;试样由诸多细小的纳米晶定向聚集生成,八面体型纳米晶呈现复杂3D花状结构,花状结构的直径2.5μm左右,纳米晶体的长度1～1.5μm,形成八面体晶体的三角形边长100～200 nm;TiO_2光催化降解茜素红的最佳条件:茜素红溶液初始浓度1.5 g·L~(-1)、调节溶液的pH为4.0、自制掺Fe~(3+)量5%(摩尔分数)的A-TiO_2用量0.502 g·L~(-1)、恒温14℃、60 W白炽灯,光照时间45 min,茜素红降解率87.22%。用自创技术制备的掺杂TiO_2粉体有较高的光催化性能。     

铁掺杂纳米TiO_2可见光气相降解三氯乙烯的研究

采用溶-胶凝胶及水热法制备了铁掺杂的纳米TiO_2光催化材料.采用X射线衍射、X光电子能谱和紫外-可见漫反射等方法对铁掺杂的纳米TiO_2光催化材料进行了表征.以三氯乙烯作为目标污染物,研究了铁掺杂的二氧化钛的光催化性能.结果表明,Fe-TiO_2对光的吸收拓展到可见光范围内,铁掺杂后TiO_2催化剂有更多的表面羟基,这些表面羟基的存在有利于有机物在催化剂表面的吸附,同时还能捕获光生空穴形成·OH氧化有机污染物.适量Fe掺杂有利于提高TiO_2光催化性能.     

C–Cl共掺杂TiO_2/凹凸棒复合催化剂的制备及其可见光催化性能（英文）

TiO_2光催化剂具有无毒、物理化学性质稳定及光催化活性较高等优点,因而在能源及环境净化等领域备受关注.但是,TiO_2纳米颗粒作为催化剂仍存在以下不足:(1)TiO_2带隙较宽,只能吸收利用太阳光能的紫外光部分,而照射到地球表面的太阳光大部分为可见光;(2)光生载流子(电子/空穴)的复合使得光催化活性不高;(3)纳米催化剂的回收利用困难;(4)单独使用TiO_2,成本较高;(5)针对低浓度有机污染,常见TiO_2催化剂比表面积较小,吸附富集能力较差,导致光催化降解效率较低.TiO_2自身这些缺陷大大限制了其进一步的实际应用.针对上述这些问题,我们在本研究中设计了一种简便易行的溶胶凝胶法,在较低的温度(70℃)下合成了非金属C-Cl共掺杂的TiO_2/凹凸棒(TiO_2/ATT)复合催化剂.XRD及HRTEM分析证明,通过调节反应溶液的pH可以分别合成含锐钛矿/金红石、锐钛矿/金红石/板钛矿的两相和三相的混合相TiO_2,且锐钛矿/金红石比例可以通过改变pH而进行调节.XPS分析证明,C和C1同时成功掺进TiO_2/ATT复合催化剂.UV-Vis漫反射结果显示,非金属C和C1的掺杂使得所合成复合催化剂的光吸收性能明显拓展到可见光区,因而可以充分利用可见光能进行有机污染物催化降解,而ATT作为TiO_2的载体,减少了TiO_2使用量,改善了TiO_2的表面特性和孔结构,且有利于光催化剂的回收利用.以酸性红G为目标有机污染物,在可见光照射下对复合催化剂的可见光催化活性进行了测试.结果表明,当合成反应体系的pH值为3.0时,所获得的锐钛矿/金红石/板钛矿三相TiO_2/ATT复合催化剂具有良好的可见光吸收特性,其可见光催化活性远远高于市售P25型TiO_2,对难降解的酸性红溶液G具有优异的脱色效果和良好的TOC去除性能.循环光催化实验和FTIR表征结果表明,在5次循环利用后,TiO_2/ATT复合催化剂仍表现出很高的催化活性,表明其稳定性优异.荧光分析和自由基捕获实验表明,光催化降解反应中的主要活性物种是羟基自由基、空穴和超氧自由基.TiO_2/ATT复合催化剂高效稳定的可见光催化性能主要归因于:(1)非金属C和Cl的共掺杂改善了其可见光吸收性能;(2)催化剂中的TiO_2由金红石、锐钛矿和板钛矿混合相组成,有利于抑制光生载流子的复合;(3)多孔结构的ATT作为载体提高了TiO_2的比表面积,增加了反应活性位,同时改善了孔结构,从而有利于模拟有机污染物(酸性红G)分子的吸附和降解,有利于反应产物扩散,从而提高了催化剂的可见光催化效率.     

生物质C-N-P自掺杂TiO_2的合成及其对亚甲基兰的光催化降解活性

采用溶胶-超声辐照技术同步合成了生物质C-N-P自掺杂TiO_2复合催化剂,通过X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(FESEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)及光致发光光谱(PL)对样品进行了表征.以亚甲基兰(MB)为目标污染物,研究了C-N-P共掺杂TiO_2的可见光光催化性能.实验结果表明,在可见光照射下,光催化反应时间为2 h时,C-N-P共掺杂TiO_2复合催化剂对亚甲基兰的降解效率最高可达9 8.5%;相比纯TiO_2,C-N-P共掺杂TiO_2复合催化剂的比表面积增大,吸收边带红移,禁带宽度减小,相变温度升高,光生载流子复合率降低.     

通过一种新型共前驱体的方法简单合成能增强TiO_2可见光光催化活性的C修饰及Fe,N共掺杂的TiO_2材料（英文）

为了提高TiO_2的可见光光催化活性,研究者做了很多努力.晶格掺杂和表面修饰是提高TiO_2可见光光催化活性的两种重要方法,但由于这两种方法实施的条件不一样,所以很难将它们在同一个制备过程中统一起来.为了解决这个问题,我们通过邻菲罗啉与Fe2+络合形成Fe(II)-phenanthroline配合物,然后以这种配合物作为Fe,N,C的共同来源,通过水热-煅烧的方法合成Fe,N共掺杂且C表面修饰的TiO_2材料(Fe,N co-doped TiO_2/C).通过其在可见光照射下降解4-NP来评估材料的性能,同时也以XRD,FT-IR,XPS,EPR等手段对材料进行表征,结合实验结果推测了其可能的光催化机理.由可见光光催化降解动力学数据可知,Fe,N co-doped TiO_2/C表现出来的性能最佳,其反应速率常数为0.00963 min儃1,约是纯TiO_2的5.9倍,约是以三种单独来源分别引入Fe,N,C三种元素样品((Fe,N,C)-TiO_2)的5.1倍.这说明不同引入元素之间的强烈相互作用可以协同地提高TiO_2光催化能力.HRTEM图片显示Fe,N co-doped TiO_2/C中存在异质结结构,它是锐钛矿和板钛矿的混合晶相,TiO_2的这种混合晶型有利于增强其光催化性能.结合Fe,N co-doped TiO_2/C的XPS、拉曼和FT-IR数据进行分析,结果显示C元素是修饰在TiO_2晶体表面,N元素是完全掺杂到TiO_2晶格中,Fe元素大部分掺杂到晶格中,少部分修饰在晶体表面(这在Fe掺杂TiO_2的研究中较常见).另外,从XPS元素相对含量分析可知,用邻菲罗啉作为C,N的共同来源同时引入C,N,引入量比以往的报道提高了2倍左右,这表明我们报道的这种方法可以高水平地同时向TiO_2引入C和N元素,为同时高水平地向TiO_2中引入这两种元素提供了新的思路.结合EPR,时间-电流图,电化学阻抗图谱(EIS),光致发光图谱,Mott-Schottky图谱,XPS导带分析,活性自由基中间体捕获实验等多种表征的结果,我们推测Fe,N co-doped TiO_2/C的光催化机理如下:在可见光照射下,Fe,N co-doped TiO_2/C被激发而产生电子与空穴(h~+),电子与氧气反应形成O_2~-,然后O_2~-和h~+把污染物分子氧化并降解它们,而材料表面所修饰的C物质受之前所转移过来电子的保护,而不至于被强烈氧化.本研究实现了TiO_2晶格掺杂与表面修饰在同一制备过程的结合,为制备高性能无机-有机元素共掺杂,内部-外部共改性的TiO_2光催化材料提供了新的思路.     

Efficient degradation of toxic organic pollutants with Ni2O3/TiO(2-x)Bx under visible irradiation

To promote efficient use of solar energy, many studies have focused on the modification of TiO2 to extend its spectral response to visible region. Here we report a combined modification of TiO2 by two components: the nonmetal element boron and the metal oxide Ni2O3. The photocatalyst presents high photocatalytic activity in the visible region, which can efficiently degrade and mineralize toxic organic pollutants such as trichlorophenol (TCP), 2,4-dichlorophenol (2,4-DCP), and sodium benzoate. The dechlorination and mineralization results indicate the photocatalytic pathway via visible light excitation. The study demonstrates that the modification of TiO2 both to extend its spectral response to the visible region and to improve its catalytic efficiency can be achieved by doping with boron, a nonmetal, and Ni2O3, a metal oxide.     

陶瓷泡沫空气过滤器涂覆中孔TiO2薄膜用于室内空气净化中高效光催化降解NO

由于人们80%的时间呆在室内,室内空气的质量直接影响人类健康,因此近年来室内空气质量越来越受到人们的关注.室内污染物包括CO氮氧化物(NOx)和挥发性有机化合物(VOCs),它们给人体健康带来众多负面影响.更为重要的是,考虑到节能,现代建筑的空气密闭性大都较高,但这种减少吸入新鲜空气的设计直接导致室内各种污染物的累积.有些家用电器,如燃气灶和热水器,在使用的时候会涉及到煤、油和天然气的燃烧,特别是通风较差的情况下会成为室内主要的污染源.常规的治理技术,包括吸附和过滤,其成本相对较高,也不适用于低浓度污染物的治理.尤其是更换不及时的过滤器在排风系统中可能会成为VOCs的一个来源.因此,很有必要开发一种新型的技术以降低室内污染物的浓度和保持一个清洁的室内空气环境,从而保障人们的身体健康.光催化是去除室内空气污染物的有效方法.例如, TiO2、钛酸铋和钛酸锶等具有强氧化能力和稳定的光催化活性,因而是高效的光催化剂.一般而言,通常报道的TiO2光催化剂是高度分散的、或悬浮于液体介质中的细小颗粒或粉末.然而,粉末状的TiO2光催化剂不适宜于室内空气净化,因为它变得可吸入而对人体健康造成不利的影响.因此,人们尝试将TiO2颗粒作为薄膜固定在不同的刚性载体上,如玻璃、不锈钢和铝合金板.对基体进行涂覆可显著影响光催化时反应物的表面吸附行为.一般而言,光催化薄膜通常涂覆在平面上,如蜂窝空气过滤器.三维(3D)多孔的陶瓷泡沫对气体通过具有非常好的流体性质,因此本文以它作为涂覆的基体.这种陶瓷泡沫具有3D多孔结构,多种孔密度、比表面积和化学性质.3D多孔陶瓷泡沫空气过滤器的床层空隙率较高,因此使用时压降较低,且不像蜂窝空气过滤器,它具有复杂多变的孔结构,可增强流体的扰动和混合.另外,3D多孔陶瓷泡沫空气过滤器的开发多孔和网状的结构使得在催化体系具有非常好的气体动力学性质,催化剂表面和气体反应物有充分的接触.多孔材料在液相或气相催化反应中具有独特的优势,因此,陶瓷泡沫、多孔的氧化铝、多孔硅胶.分子筛和活性炭经常被用作催化剂载体.在固体基体上TiO2膜的形成可能使得TiO2光催化剂的有效比表面积降低,从而导致其光催化活性下降.然而,由于具有中孔结构的TiO2薄膜的比表面积大,其用于催化反应的活性位也更多,因此使用时仍然具有较高的活性.前期研究表明,涂覆在平面玻璃、不锈钢和氧化铝基体上的中孔TiO2薄膜用于环境净化时表现出增强的光催化效率.另外,室内环境中NO和NO2的浓度一般分别为几百个ppb之内和100 ppb以下.可见, NO是主要的室内空气污染物,对人体健康危害较大.基于此,本文首次采用反胶束法将中孔锐钛矿TiO2薄膜均匀一地涂覆在3D多孔高比表面积的泡沫过滤器上,采用X射线衍射、扫描电镜、X射线光电子能谱、N2吸附-脱附、紫外-可见光光谱和原子力显微镜对所制样品进行了表征,并将样品用于紫外光下催化降解NO,以揭示所制的中孔TiO2涂层具有高的比表面积和高的光催化活性,从而克服使用TiO2粉末所带来的不足.结果表明,由于中孔TiO2薄膜涂层具有较大的有效比表面积,其表面存在很多吸附活性位,用于吸附在反应过程中形成的水蒸汽、气相反应物和产物,因而具有更高的光催化活性,因此在陶瓷泡沫空气净化系统中可以高效地光催化NO降解：在所考察的不同孔密度的陶瓷泡沫过滤器涂覆的TiO2上400 ppb的NO单程转化率均在92.5%以上,高于涂覆在平面陶瓷砖上的TiO2.该陶瓷过滤器的3D多孔特性可增强流体的扰动和混合,使得气相反应物与光催化剂表面有着充分的接触;其大的孔密度也导致高的光催化速率.另外,本文所制样品在所有反应过程中均保持较高且稳定的NO降解速率,这表明其在NO降解反应中没有失活.     

Fabrication and photocatalytic characterizations of ordered nanoporous X-doped (X = N, C, S, Ru, Te, and Si) TiO2/Al2O3 films on ITO/glass

Transparent, ordered nanoporous TiO2/Al2O3 composite films doped with metal elements (Ru, Si, and Te) and nonmetal elements (N, C, and S) were fabricated by successive anodization and sol-gel process directly on glass substrates covered with a tin-doped indium oxide (ITO) film. The doping of ruthenium, nitrogen, carbon, and sulfur in TiO2 exhibited an enhanced effect on the absorbance, while the doping of silicon and tellurium showed little effect. Particularly, the N- and Ru-doped TiO2/Al2O3 films on ITO/glass developed an enhanced absorption red shift of 580 nm (-N) and 500 nm (-Ru). The nanoporous TiO2/Al2O3 composite film exhibited the highest photocatalytic activity in decomposing acetaldehyde under ultraviolet-light irradiation, with a value of 13 times in initial reaction rate or 7.8 times in quantum yield higher than a commercially available TiO2 material, Degussa P25. The ultraviolet-light photocatalytic activities of nanoporous TiO2/Al2O3 films were enhanced by the doping of nitrogen, carbon, and sulfur but slightly weakened by the doping of ruthenium, silicon, and tellurium. Particularly, the nanoporous N-doped TiO2/Al2O3 films exhibited effective photocatalytic activity on ultraviolet light decomposition of a highly toxic dioxin, HpCDD, and gave the highest decomposition rate of approximately 95% (via 7 h of irradiation) for the specimen with a dopant content of 1.7 wt % nitrogen.     

Sm掺杂对TiO2薄膜光催化性能的影响

 采用溶胶-凝胶法、浸渍-提拉法制备了不同形式和不同含量Sm掺杂的锐钛矿晶型TiO2的光催化剂薄膜. 采用X射线衍射、UV-Vis光谱及电化学实验对所制得的TiO2光催化剂薄膜进行了表征,并通过甲基橙溶液的光催化降解实验评价了其光催化活性. 结果表明,与未掺杂的TiO2薄膜相比,Sm掺杂的TiO2薄膜的UV-Vis吸收光波长向长波方向移动,并且光照开路电压也相应提高; 适量Sm掺杂可以明显提高TiO2薄膜的光催化活性,最佳Sm掺杂量为x(Sm3+)=0.5%; 在各种掺杂形式中以表层Sm掺杂的Sm-TiO2(S)薄膜的光催化活性最好. 讨论了Sm掺杂提高TiO2薄膜光催化活性的机理.     

掺杂过渡金属离子的TiO2复合纳米粒子光催化剂──罗丹明B的光催化降解

在悬浮液体系中进行的半导体光催化降解反应中,催化剂的导带电子(或被俘获到半导体表面的电子)还原电解质溶液的O2分子(受主)是反应的决速步骤,O2分子接受电子后形成的超氧自由基O2-或羟基自由基HO·具有很强的氧化能力,能将污梁物氧化降解[13].     

有序介孔TiO2纳米纤维及其串联光催化水处理-产氢性能（英文）

光催化技术在环境净化及新能源开发方面具有巨大的研究潜力,特别在有机污染物降解去除和分解水制氢展示出了广泛的应用前景.二氧化钛(TiO2)具有出色的光催化活性和稳定性、低成本和无毒性等性质,是最有前景的光催化剂之一,但离广泛实用还有一定距离.TiO2光催化活性很大程度上取决于其尺寸,结晶度和形状等结构特征,因此,TiO2的纳米结构优化设计,为开发高活性TiO2光催化材料,推动其商业和工业应用提供了新的可能.最近大量研究表明,一维(1D)纳米结构,如纳米管,纳米线和纳米纤维等,具有卓越的光生电荷分离和传输能力,可提高光催化活性.鉴于此,1D TiO2纳米光催化剂的设计和可控制备引起了广泛的研究关注.一般而言,1D TiO2制备方法包括溶胶凝胶法,水热法,溶剂热法和静电纺丝法.其中,水热法由于简单高效,是最广泛使用的一种制备方法.通常,水热法制备1D TiO2包括两个主要步骤.首先,在浓NaOH水溶液中的水热处理,将不规则的TiO2颗粒转化为均匀的1D纳米钛酸盐中间体.随后,通过氢离子交换和热转化,将所获得的钛酸盐转化为1D TiO2.钛酸盐中间体的形成和转化过程,对调控所得1D TiO2产物的结构特征,包括相、尺寸、形状和组成等,具有至关重要的作用.然而,传统水热法的反应条件非常苛刻,经常导致1D纳米结构的破坏及纳米颗粒的无序排列,降低了获得材料的光催化活性.因此,发展温和的钛酸盐转化方法,将为制备高活性光催化材料提供新思路.本文通过新颖的蒸汽热方法,成功将钛酸盐纳米带转化为由纳米晶定向组装而成的介孔TiO2纳米纤维.结合XRD,BET,TEM,XPS,UV-Vis和PL等分析手段详细表征了催化剂的组成与结构,基于有机污染物(以罗丹明B为例)降解以及光催化分解水制氢考察了催化剂的光催化活性.结果表明,在150°C蒸汽热处理得到的1D TiO2纳米纤维具有最高的光催化氧化活性与还原活性,均优于商业TiO2(P25).1D TiO2纳米纤维具有介孔结构,其纳米晶排列有序,从而对增强光催化性能至关重要.各向异性锐钛矿纳米晶的有序排列,促进了光生电子与空穴沿纳米纤维结构定向传递,降低电子-空穴复合几率.介孔结构和高表面积有利于光催化反应过程中的质量交换.鉴于1D TiO2纳米纤维同时具有最高的光催化氧化活性与还原活性,我们发展了光催化水处理-产氢集成新技术,通过光催化“有氧氧化-缺氧还原”串联工艺来实现.有机染料在有氧氧化过程中部分氧化,并在后续的缺氧还原阶段充当高效牺牲试剂以促进光催化分解水制氢.该研究为制备高活性有序介孔TiO2纳米纤维及其应用提供了新思路.     

V_2O_5/TiO_2复合氧化物光催化性能研究进展

综述了近年来V5 离子掺杂改性TiO2光催化性能的研究进展,介绍了TiO2光催化反应机理、掺杂机理及掺钒TiO2复合氧化物的制备方法;从TiO2的晶体结构、吸收光谱和光催化活性三方面,讨论了掺钒对TiO2的影响;总结了负载助剂后的催化剂在不同的催化反应中的应用。     

载钛中孔二氧化硅分子筛的光催化性能研究

分别 以单一 Ｔｉ Ｏ２ 纳米粒 子及不 同 Ｔｉ Ｏ２ 覆 盖率的中 孔分 子筛（ Ｔｉ Ｏ２／ Ｈ Ｍ Ｓ） 和微 孔分 子筛（ Ｔｉ Ｏ２／ Ｎａ Ｙ） 为光催 化剂,以２ ,４ ,６三氯苯 酚（ Ｔ Ｃ Ｐ） 为 降解对象 ,考察了 两类分子 筛担 载 Ｔｉ Ｏ２ 的光催化性 能． 结 果表明 ： 在钛 含量相 同的 条 件下 , Ｔｉ Ｏ２／ Ｈ Ｍ Ｓ 的光 催 化活 性 高于 Ｔｉ Ｏ２／ Ｎａ Ｙ 和 单一 Ｔｉ Ｏ２ 的光催 化活性; Ｔｉ Ｏ２ 负载量 较低时 , Ｔｉ Ｏ２／ Ｈ Ｍ Ｓ 即可 显示 有高 的光 催化 活性, 且其 光催 化活性随着 中孔分 子筛孔径 的增大而 升高     

孔道三维相互连通锐钛矿TiO2-SiO2纳米复合介孔材料的制备及其高光催化活性

本文报道一种孔道三维相互连通锐钛矿TiO2-SiO2纳米复合介孔材料的制备.该介孔材料是以两维六方有序结构、直孔道、锐钛矿70TiO2-30SiO2-950纳米复合介孔材料(于950oC晶化2 h)为前驱体, NaOH为SiO2的刻蚀剂,通过“在孔壁内造孔”的方法获得.我们的策略是采用温和的造孔条件,如稀NaOH溶液,合适的温度与固/液比等.采用X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM)和低温N2吸附等技术对样品的介孔结构进行了系统表征.结果表明,墙内孔的密度非常高,孔径均一(平均尺寸3.6 nm),且在三维网络高度连通原孔道,但介孔结构仍保持其完整性.锐钛矿纳米晶粒的结晶度和大小在墙内造孔前后基本保持不变.该材料光催化降解罗丹明B(0.303 min–1)与亚甲基蓝(0.757 min–1)的活性相当高,此活性分别是其母体材料的5.1和5.3倍,甚至是Degussa P25光催化剂的16.5和24.1倍.这充分表明三维连通孔道结构对活性的大幅提高起了关键作用.孔道三维连通式锐钛矿TiO2-SiO2纳米复合介孔材料对上述污染物展现出意想不到的高降解活性,显著高于迄今已报道的金属氧化物基介孔材料对上述污染物的降解活性.更重要的是,该光催化剂具有相当高的稳定性和重复使用性.相信,本方法将为具有超高性能的孔道三维相互连通其它金属氧化物基介孔材料的制备铺平了道路.
　　小角XRD结果表明,母体材料的孔道是两维六方有序结构,在孔壁内造孔之后,样品原有的介孔结构仍保持其规整性.宽角XRD结果显示,二氧化钛的晶相是锐钛矿,晶粒尺寸为10.8 nm.造新孔之后,锐钛矿纳米晶粒的结晶度和大小与母体样品的相比变化不大. TEM结果显示,母体样品的孔壁内没有孔.孔道是两维六方有序排列的直孔道,孔径大小均一(平均尺寸4.1 nm).高分辨透射电镜(TEM)观察揭示,锐钛矿纳米晶粒(平均大小11.3 nm)在孔壁内随机排列,并与无定形SiO2纳米颗粒相互连接,相间共存,形成类似“砖块?水泥砂浆”砌成的孔壁,这种独特的复合骨架结构赋予其很高的稳定性.当一些SiO2纳米颗粒被去除之后, TEM观察显示,孔壁内有密集分布的孔,这些孔取向随机,并在三维方向连通原孔道,但介孔骨架结构仍保持其完整性.墙内孔的大小范围很窄(3.1?4.3 nm),平均大小为3.6 nm.高分辨TEM观察显示,锐钛矿晶粒大小与母体材料内的相比基本未变.上述结果与XRD结果一致.低温N2吸附表征结果显示,母体样品内只有一种孔道,孔径为4.0 nm.去除部分SiO2后的样品内有两种孔道,孔径分别是3.4和4.1 nm.这些结果与TEM的观察吻合.罗丹明B与亚甲基蓝在造孔前后样品内扩散速率评价结果显示,其在三维连通孔道内的扩散速率很高,大约是其母体材料内的5倍以上.这表明相互连通的孔道网络结构非常有利于客体分子在其内扩散.光催化降解性能评价结果显示,罗丹明B与亚甲基蓝在相互连通孔道内降解的速率相当高,分别是其在不连通孔道内的5.1和5.3倍.这充分证明孔道三维相互连通对活性的大幅提高起了关键作用.我们对材料的稳定性和重复使用性作了评价,经过10次循环使用孔道三维相互连通锐钛矿TiO2-SiO2纳米复合介孔材料,其吸附与光催化降解罗丹明B的性能变化不大.这充分证明本文制备的孔道连通复合介孔材料的性能是相当稳定的和可重复使用的.该方法可用于制备具有超高性能的孔道三维相互连通其它金属氧化物基介孔材料,如Nb2O5, Ta2O5等.     

Heterometal alkoxides as precursors for the preparation of porous Fe- and Mn-TiO2 photocatalysts with high efficiencies

Transition-metal-doped titanium glycolates (M-TG, with M=Fe, Mn), which are the first non-stoichiometric heterometal alkoxides, have been synthesised through a solvothermal doping approach. X-ray diffraction, UV/Vis diffuse reflectance and ESR spectroscopy revealed that the dopant ion (Fe(3+) or Mn(2+)) is substituted for Ti(4+) in the TG lattice. Fe(3+) prolongs the crystallisation time of Fe-TG, whereas Mn(2+) has a smaller effect on the crystallisation time in comparison with Fe(3+). The as-synthesised M-TG materials were used directly as single-source precursors for the preparation of metal-doped titania (M-TiO(2)) through a simple thermal treatment process. The as-prepared M-TiO(2) materials maintain the rod-like morphology of the precursors and possess a mesoporous structure with high crystallinity. It has been proved that the dopant ions are incorporated into the TiO(2) lattice at the Ti(4+) positions. The photocatalytic activities of the M-TiO(2) materials obtained were evaluated by testing the degradation of phenol under UV irradiation. From the photocatalytic results, it was concluded that high crystallinity, a large surface area and appropriate transition-metal-doping are all beneficial to the enhancement of the photocatalytic performance of the doped TiO(2) material. In addition, it was noted that in comparison with Mn-TiO(2), Fe-TiO(2) shows higher photocatalytic activity due to the better inhibition effect of Fe(3+) on recombination of photogenerated electron-hole pairs. In contrast to the conventional nanosized TiO(2) photocatalyst, the micrometre-sized M-TiO(2) particles we obtained can be easily separated and recovered after the photocatalytic reactions.