X射线光电子能谱法研究UV254 nm光催化、O3强化UV254 nm光催化和真空紫外光催化降解甲醛中Pt-TiO2薄膜的表面性质

以Pt-TiO₂为光催化剂,研究了气相甲醛分别在35 h连续UV_{254 nm}光催化、O₃强化UV_{254 nm}（O₃+UV_{254 nm}）光催化和真空紫外（UV_{254+185 nm}）光催化中的降解效率,考察了副产物O₃的去除率,采用X射线光电子能谱（XPS）法分析Pt-TiO₂在不同光催化前后Pt的电子态和累积有机产物,研究纳米Pt对甲醛降解和O₃去除的强化机理. 连续光催化降解实验表明,以纳米Pt改性TiO₂可以同时增强甲醛和O₃的去除率,特别是O₃的去除率可提高3.1-3.4倍. 对催化剂C 1s和O 1s峰分别经分峰拟合处理后,发现Pt-TiO₂上累积的含羰基和羟基的有机物含量按以下顺序减少：UV_{254 nm}光催化 > O₃强化UV_{254 nm}光催化 > 真空紫外光催化,而在连续35 h光催化降解过程中,催化剂的失活现象却按相反的方向变得越来越不明显. 负载的金属Pt在O₃+UV_{254 nm}和UV_254+185nm光催化过程中被氧化成PtO_ads和Pt⁴⁺物种,而在UV_{254 nm}光催化过程中金属Pt未被氧化,所以推测是气相中的O₃和羟基自由基参与金属Pt的氧化过程. Pt-TiO₂表面高价态的Pt氧化物种可作为光生电子捕获中心,强化光生载流子的分离过程,增强Pt-TiO₂的光催化活性. Pt氧化物种可作为O₃分解的活化中心,使Pt-TiO₂对O₃的分解效率远高于纯TiO₂. 以XPS对比研究在三种不同光催化环境中Pt-TiO₂表面性质,可以解释在UV_{254+185 nm}光催化过程中纳米Pt对甲醛和O₃同时去除的强化机理,并说明了催化剂不失活的内在原因.     

TiO2薄膜光催化臭氧化邻苯二酚

 研究了用碳黑改性的TiO2薄膜催化剂光催化氧化邻苯二酚的反应．结果表明，臭氧投加量对邻苯二酚的降解和总有机碳（TOC）的去除有重要影响，与光催化氧化（TiO2／UV／O2）、单独臭氧化（O3）和光助臭氧化（UV／O3）过程相比，邻苯二酚光催化臭氧化（TiO2／UV／O3）过程能明显增大TOC的去除率．动力学研究表明，邻苯二酚完全氧化过程遵循零级反应，TOC的降解仅取决于臭氧或氧气的浓度而与邻苯二酚的浓度无关；邻苯二酚在TiO2／UV／O3作用下完全氧化的速率常数是UV／O3作用下的1．32～1．80倍（在相同的臭氧浓度下），是TiO2／UV／O2作用下最大速率常数的2．56～5．36倍，是UV／O2作用下最大速\r\n率常数的5．47～11．4倍．     

溶胶-凝胶法制备复合M_xO_(y-)TiO_2光催化剂

以无机盐 TiCl4为原料制备 TiO_2溶胶 ,并利用溶胶胶粒修饰法制备 SiO_2-TiO_2、 ZrO_2-TiO_2、 WO_3-TiO3、 MoO3-TiO_2及 Pt/TiO_2光催化剂 ,用于光催化氧化甲醛反应 ,考察添加物对催化剂光催化性能的影响 .其中 ,SiO_2-TiO_2催化剂的光催化氧化降解甲醛性能最好 ,而 MoO_3-TiO_2的催化性能最差 .SiO_2-TiO_2催化剂优良的光催化性能可归于 SiO_2-TiO_2催化剂的高比表面积 ,高空隙率 ,小晶粒粒径和强吸光性能等性质的综合影响 .     

纳米LaCoO3的光催化氧化还原活性

采用柠檬酸络合法合成了粒径为42．4nm的LaCoO3复合氧化物，并以其为光催化剂在荧光汞灯及太阳光照射下进行不同结构水溶性染料的降解脱色实验。结果表明，各种染料均发生不同程度的光催化降解，且在太阳照射下染料的光催化降解率大于荧光汞灯下的降解率，说明纳米LaCoO3具有较强的光催化氧化活性；为考查纳米LaCoO3的光催化还原活性，在LaCoO3悬浮体系中进行了CO3^2-还原为甲酸、甲醛的实验，并使用Nash试剂和分光光度法检测光还原产物甲酸和甲醛的量。结果表明，纳米LaCoO3也具有光催化还原活性。通过XPS和光声光谱分析，发现其光催化氧化还原活性主要与LaCoO3中Co(Ⅲ）的d电子结构、Co-O结合能及表面氧空位等因素有关。     

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.     

分等级结构对锡氧化物负载Pt室温催化甲醛氧化性能的影响

甲醛是主要的室内空气污染物,气相中甲醛去除技术具有重要意义.常用的甲醛去除技术主要包括物理和化学吸附、光催化分解和热催化氧化,其中能在常温下进行的催化氧化最具发展和实用前景.能在室温下高效催化甲醛完全氧化的催化剂一般为负载型贵金属,如铂(Pt)、钯、金、银等.除了选择具有内在高活性的组分,通过提高贵金属分散度,增强贵金属-载体相互作用,增加载体的甲醛亲和性等方法也可提高甲醛催化分解活性.以上方法主要关注催化剂化学性质的改良;另一方面,催化剂的微观几何结构以及传质快慢对表观催化反应速率也有重要影响.近年来研究表明,分等级结构利于反应物在材料孔隙中的扩散输移,可大幅提高催化活性.因此,我们制备了具有分等级结构的花状锡氧化物(SnOx)负载的Pt纳米颗粒,并研究其室温下催化分解甲醛的性能.花状SnOx以氟化亚锡和尿素为原料,通过水热法制备;Pt通过浸渍、硼氢化钠还原法负载,制备Pt/SnOx催化剂.另外,对SnOx进行球磨处理破坏其分等级结构,制备g-SnOx及Pt/g-SnOx作为对照.通过场发射扫描电镜观察,制备的锡氧化物为具有分等级结构的花状微球,直径约1?m,由厚度约20 nm的花瓣状纳米片交错连接而成.X射线衍射(XRD)谱图对应四方相氧化亚锡(SnO,JCPDS 06-0395),但也观察到四方金红石相氧化锡(SnO2,JCPDS 41-1445)的微弱特征峰.高分辨透射电镜(HRTEM)仅观察到四方相SnO的晶格条纹.根据X射线光电子能谱(XPS)结果,在花状锡氧化物的表面,锡元素的氧化态为正四价.综合以上表征结果表明:制备的锡氧化物主体为SnO,由于表面被空气氧化,含有少量SnO2.通过透射电镜观察Pt/SnOx催化剂发现,直径2–3 nm的Pt纳米颗粒高度分散负载于SnOx纳米片表面;XPS结果表明,纳米颗粒中Pt的价态为0价,与HRTEM观测结果一致.甲醛分解测试采用静态测试系统,在体积为6 L的测试箱中加入一定浓度甲醛后开始反应,监测甲醛、二氧化碳(CO2)和一氧化碳(CO)浓度随时间的变化.结果表明,花状SnOx在室温下不具有催化甲醛氧化活性,仅能通过吸附作用去除少量甲醛;而负载0价金属态Pt纳米颗粒后,甲醛快速分解为CO2和水,且无CO生成.在初始浓度170 ppm条件下,反应1 h后,甲醛去除率达到87%.Pt/SnOx催化剂的高活性表明,金属态Pt是催化甲醛氧化的活性组分.经球磨处理后制备的Pt/g-SnOx,其催化活性远低于具有分等级结构的Pt/SnOx;后者的二级反应速率常数为前者的5.6倍,证明分等级结构能有效加速甲醛催化氧化分解.本研究结果对于高效分解室内甲醛材料的设计、制备提供了一种指导性的新思路.     

甲醇在纳米TiO2作用下进行光催化氧化反应的机理研究

以纳米TiO2为催化剂,以主波长为364 nm的汞灯为光源,用气相色谱法分别考察了0.1 mol/L的甲醇、甲醛和甲酸水溶液进行光催化氧化反应的动力学规律.Langmuir-Hinshelwood方程进行核算结果证明,该组反应均为零级反应.用TEM、 XRD、 SSA和XPS对催化剂进行表征.根据XPS的检测结果提出了甲醇光催化氧化的反应机理.TiO2光激发活化时间约为30～60 min,生成物及剩余反应物浓度随时间变化的曲线表明,该反应速率为HCH2OH相似文献   

分等级结构对锡氧化物负载Pt室温催化甲醛氧化性能的影响（英文）

甲醛是主要的室内空气污染物,气相中甲醛去除技术具有重要意义.常用的甲醛去除技术主要包括物理和化学吸附、光催化分解和热催化氧化,其中能在常温下进行的催化氧化最具发展和实用前景.能在室温下高效催化甲醛完全氧化的催化剂一般为负载型贵金属,如铂(Pt)、钯、金、银等.除了选择具有内在高活性的组分,通过提高贵金属分散度,增强贵金属-载体相互作用,增加载体的甲醛亲和性等方法也可提高甲醛催化分解活性.以上方法主要关注催化剂化学性质的改良;另一方面,催化剂的微观几何结构以及传质快慢对表观催化反应速率也有重要影响.近年来研究表明,分等级结构利于反应物在材料孔隙中的扩散输移,可大幅提高催化活性.因此,我们制备了具有分等级结构的花状锡氧化物(SnO_x)负载的Pt纳米颗粒,并研究其室温下催化分解甲醛的性能.花状SnO_x以氟化亚锡和尿素为原料,通过水热法制备;Pt通过浸渍、硼氢化钠还原法负载,制备Pt/SnO_x催化剂.另外,对SnO_x进行球磨处理破坏其分等级结构,制备g-SnO_x及Pt/g-SnO_x作为对照.通过场发射扫描电镜观察,制备的锡氧化物为具有分等级结构的花状微球,直径约1μm,由厚度约20 nm的花瓣状纳米片交错连接而成.X射线衍射(XRD)谱图对应四方相氧化亚锡(SnO,JCPDS 06-0395),但也观察到四方金红石相氧化锡(SnO_2,JCPDS 41-1445)的微弱特征峰.高分辨透射电镜(HRTEM)仅观察到四方相SnO的晶格条纹.根据X射线光电子能谱(XPS)结果,在花状锡氧化物的表面,锡元素的氧化态为正四价.综合以上表征结果表明:制备的锡氧化物主体为SnO,由于表面被空气氧化,含有少量SnO_2.通过透射电镜观察Pt/SnO_X催化剂发现,直径2-3 nm的Pt纳米颗粒高度分散负载于SnO_x纳米片表面;XPS结果表明,纳米颗粒中Pt的价态为0价,与HRTEM观测结果一致.甲醛分解测试采用静态测试系统,在体积为6 L的测试箱中加入一定浓度甲醛后开始反应,监测甲醛、二氧化碳(CO_2)和一氧化碳(CO)浓度随时间的变化.结果表明,花状SnO_x在室温下不具有催化甲醛氧化活性,仅能通过吸附作用去除少量甲醛;而负载0价金属态Pt纳米颗粒后,甲醛快速分解为CO_2和水,且无CO生成.在初始浓度170 ppm条件下,反应1h后,甲醛去除率达到87%.Pt/SnO_x催化剂的高活性表明,金属态Pt是催化甲醛氧化的活性组分.经球磨处理后制备的Pt/g-SnO_x,其催化活性远低于具有分等级结构的Pt/SnO_x;后者的二级反应速率常数为前者的5.6倍,证明分等级结构能有效加速甲醛催化氧化分解.本研究结果对于高效分解室内甲醛材料的设计、制备提供了一种指导性的新思路.     

污染物甲醛为电子给体Pt/TiO2光催化制氢

研究了甲醛为电子给体在Pt/TiO2上光催化生成氢的反应。甲醛经光催化降解产生CO2和甲酸，甲酸可进一步被氧化；甲醛的光催化降解与放氢同时发生，催化剂的最佳Pt负载量为0．5％，甲醛浓度对反应的影响，表观上符合Langmuir-Hinshelwood关系式；碱性条件有利于该反应；在甲醛浓度较低时，甲醇的存在能部分地提高放氢速率，并讨论了可能的反应机理。     

微波加热制备泡沫镍负载La3+掺杂纳米TiO2及其光催化降解甲醛的性能

 采用常规加热和微波加热方法制备了两种泡沫镍负载La3+掺杂的纳米TiO2光催化剂,以甲醛光催化降解为模型反应,考察了制备方法和掺杂La3+对催化剂催化性能的影响,并采用扫描电镜、透射电镜、 X射线衍射和能量分散式光谱分析对催化剂进行了表征. 结果表明,微波加热法制备的纳米TiO2具有典型的锐钛矿型晶体结构,其粒径均匀且明显小于常规加热法制备的催化剂. 泡沫镍负载1.5%La3+掺杂的TiO2的光催化性能得到明显改善,反应90 min后甲醛的降解率仍达到93%. 在实验中发现催化剂有失活现象,但经简单清洗后其活性能够恢复.     

分等级结构的镍铝水滑石负载Pt催化剂高效室温催化氧化甲醛（英文）

甲醛是室内空气中常见的一种挥发性有机物,严重危害人体健康.去除室内空气中甲醛污染物对保障人体健康具有重要意义.在众多的去除甲醛方法中,室温催化氧化法能在室温条件下将甲醛彻底氧化成无毒的CO_2和H_2O,具有催化剂能重复使用、不会导致二次污染、无需额外能量输入和特殊装置等优点,因而广受关注.在该方法中,效率高和稳定性好的催化剂设计和制备是关键.目前有效的室温去除甲醛催化剂一般是负载贵金属型催化剂.据报道,载体(例如载体成分、微结构及表面羟基等)在很大程度上影响负载贵金属型催化剂的活性.我们结合镍铝水滑石含有丰富的表面羟基有利于甲醛气体的吸附和花球状多孔结构有利于反应/生成物的传输,以及Ni具有可变化学价态能与贵金属形成强烈的相互作用等优势,制备了分等级结构的镍铝水滑石(Ni Al-LDHs)负载Pt复合催化剂(Pt/NiAl-LDHs),并探讨了其在室温条件下催化分解甲醛的活性.以Ni(NO_3)_2、Al(NO_3)_3、尿素和NH4F为原料,采用水热法制备了分等级结构花球状的NiAl-LDHs,然后采用浸渍-NaBH4还原法在其表面负载Pt纳米颗粒,从而制备了Pt/NiAl-LDHs复合催化剂;研究了Ni/Al摩尔比对Pt/NiAl-LDHs催化剂室温催化分解甲醛性能的影响.采用XRD、FTIR、TG、SEM、TEM、EDS、XPS和H2-TPR等对所制样品进行表征和分析,结果表明,花球状结构的Pt/NiAl-LDHs催化剂是由交错连接的纳米片组成,沉积的Pt纳米颗粒约3–4nm.当Ni/Al比为2:1时催化剂(Pt/NiAl21)显示出最好的室温催化氧化甲醛性能.经过7次循环使用后, Pt/NiAl21催化剂仍然保持很高的甲醛去除效率,表明其具有良好的稳定性.这主要与其独特的花球状多孔结构、丰富的表面活性氧物种及较大的比表面积等有关.根据性能测试结果及原位红外光谱分析,我们认为在室温条件下, Pt/NiAl21催化剂先将甲醛氧化成甲酸盐和二氧亚甲基(DOM)中间体,然后再进一步将其氧化成CO_2和H_2O.甲酸盐和DOM中间体的氧化是甲醛催化氧化过程中的控制步骤.本文可为高效室温催化氧化甲醛复合催化剂的设计和制备提供思路.     

Pt/BiOCl纳米片的制备、表征及其光催化性能

采用光化学沉积法制备了一系列不同Pt含量的新型Pt/BiOCl纳米片光催化剂,运用N2物理吸附-脱附、X射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱、光致发光光谱、紫外-可见漫反射光谱等手段对Pt/BiOCl进行了表征,并以λ=254nm的紫外灯和钨灯为光源,考察了Pt含量对Pt/BiOCl光催化降解酸性橙II活性的影响.结果表明,沉积的Pt对BiOCl样品比表面积的影响不大,但可有效增强催化剂对可见光的吸收能力,显著抑制光生电子与空穴的复合.当Pt含量为1%~2%时,能大幅度提高紫外光下BiOCl催化降解染料的活性,并产生可见光活性.这是由于Pt/BiOCl具有一定的可见光吸收能力,产生了Pt纳米粒子的等离子体光催化作用.     

多金属氧酸盐杂化催化剂光催化降解有机杀虫剂六氯苯

 通过自组装技术制备了一系列多金属氧酸盐-有机胺-分子筛杂化催化剂K5［M(H2O)PW11O39］-(EtO)3Si(CH2)3NH2-MCM-48,用XRD,ICP-AES,UV/DRS,FT-IR,31P MAS NMR和N2吸附等手段对其组成和结构进行了表征,并以有机杀虫剂六氯苯为探针分子考察了其光催化活性. 结果表明,多金属氧酸盐杂化催化剂的光催化降解活性高于直接光解,能有效地降解污水中的六氯苯,且易分离,可循环使用.     

溶胶-凝胶法制备复合MxOy-TiO2光催化剂

以无机盐TiCl4为原料制备TiO2溶胶,并利用溶胶胶粒修饰法制备SiO2 TiO2、ZrO2 TiO2、WO3 TiO3、MoO3 TiO2及Pt/TiO2光催化剂,用于光催化氧化甲醛反应,考察添加物对 催化剂光催化性能的影响.其中,SiO2 TiO2催化剂的光催化氧化降解甲醛性能最好,而MoO3 TiO2的催化性能最差.SiO2 TiO2催化剂优良的光催化性能可归于SiO2 TiO2催化剂的高 比表面积,高空隙率,小晶粒粒径和强吸光性能等性质的综合影响.     

水热法制备铂掺杂二氧化钛及其可见光催化性能

以纳米管钛酸为前驱体,采用水热法制备了Pt掺杂TiO2样品.水热反应过程中,纳米管钛酸表面羟基与氯铂酸发生酸碱中和反应,导致反应后pH值升高;在130°C开始纳米管钛酸晶体结构由正交晶系转变为锐钛矿相TiO2.表面化学组成分析表明,掺杂的Pt主要以+2价形式存在.以丙烯为模型污染物,评价样品的可见光(λ≥420nm)光催化活性.结果表明,Pt-TiO2具有明显的可见光光催化降解丙烯的活性,其中160°C水热处理制得的Pt-TiO2活性最高.最后讨论了低温水热法Pt掺杂的形成机理及Pt-TiO2具有可见光响应的原因.     

Ag／TiO2复合纳米催化剂的制备和表征及其光催化活性

 采用光还原沉积贵金属法，制备了Ag／TiO2复合纳米催化剂．通过调节溶液的pH值控制TiO2表面负载银的形貌，利用AAS，XRD，TEM和XPS等手段对样品进行了表征．以苯胺氧化为模型反应，考察了Ag／TiO2复合纳米催化剂样品的光催化活性以及银沉积量和沉积形貌对催化剂活性的影响．结果表明，通过调控光还原沉积条件，可在平均粒径为24nm左右的TiO2颗粒上获得3nm左右均匀分散的银粒子；在TiO2上沉积适量的具有较高分散度的金属Ag，能有效提高TiO2对苯胺氧化反应的光催化活性．     

光催化降解甲醛的波长效应研究

分别以紫外杀菌灯和黑光灯为光源,研究了TiO2薄膜催化剂上甲醛的光催化氧化反应.实验结果表明,紫外杀菌灯照射下,甲醛的光催化降解率明显低于以黑光灯为光源时甲醛的光催化降解率.采用傅立叶红外光谱(FT-IR)和热分析(TG-DTA)对反应后的TiO2光催化剂进行分析和表征,对两种不同光源照射下甲醛光催化降解率的差异进行了初步探讨.     

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.     

纳米TiO_2对水中腐殖酸的吸附及光催化降解

研究了水体中腐殖酸 ( HA)在纳米 Ti O2 颗粒上的吸附行为 ,并探讨了其吸附机理 ,还研究了 HA的Ti O2 光催化降解效果 .结果表明 ,Ti O2 对 HA的吸附作用明显依赖于水溶液的 p H,也取决于 Ti O2 的零电荷点 ;HA的光催化降解效果与其在催化剂表面的吸附行为密切相关 ,提高吸附速率 ,HA的去除率也随之提高 ;增加催化剂用量也能改善降解程度     

纳米复合Sb_2O_3/TiO_2的光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备复合纳米 Sb2O3/TiO2。 Sb2O3掺入浓度越大,催化剂中锐钛矿相含量越高,晶粒直径与颗粒直径越小,比表面积越大。在 380～ 460nm范围内, Sb2O3/TiO2的反射率则减弱,表明光吸收增强。 XPS分析表明：掺入 2％ Sb2O3,出现新的 Ti2p3/2峰,对应于 Ti3＋,占 9.13％;锑以 Sb3＋、 Sb5＋两种形式存在, Sb5＋占 84.42％、 Sb3＋占 17.58％。以亚甲基蓝溶液光催化降解为模型反应,掺入 2％、 5％ Sb2O3,亚甲基蓝溶液的光催化脱色降解一级动力学常数与总有机炭（ TOC）去除率增大。发射光谱证明： Sb2O3的最佳比例为 2％,当其比例大于 2％时,其电子空穴对的复合率升高,光催化活性下降。