掺杂Ce的TiO_2纳米粒子的光致光及其光催化活性

采用sol-gel法制备了纯的和掺杂不同量Ce的TiO_2纳米粒子，并利用XRD， TEM，BET，XPS和PL光谱对样品进行表征，主要考察焙烧温度和含量对掺杂Ce的 TiO_2纳米粒子性质以及光催化降解苯酚活性的影响，并探讨了Ce的掺杂对TiO_2相 变的作用机制以及PL光谱与光催化活性的关系，结果表明，掺杂的Ce~(4+)没有进 入到TiO_2晶格中，而是以小团簇的CeO_2化学态均匀地弥散在TiO_2纳米粒子中， 这可能导致了Ce的掺杂对TiO_2的相变有很大的抑制作用；Ce的掺杂没有引起新的 光致发光现象，而适量Ce的掺杂能够降低TiO_2纳米粒子PL光谱的强度，这是因为 掺杂的Ce~(4+)易于捕获光生电子而生成Ce~(3+);600℃处理的掺杂Ce的TiO_2纳米 粒子表现出较高的光催化活性，这说明600℃是比较合适的焙烧温度，而掺杂不同 量的Ce的TiO_2样品的光催化活性顺序是：3 mol%＞4 mol%＞2 mol%＞5 mol%＞1 mol%＞0 mol%，这与它们的PL光谱强度的顺序是相反的，即PL光谱强度越低，其 光催化活性越高，这说明PL光谱与其光催化活性间有着必然的联系，这是因为掺杂 剂Ce~(4+)能够捕获光生电子，在光致发光过程中使PL光谱强度下降，而在光催化 反应过程中使有机污染物加快氧化。     

钬掺杂提高TiO2纳米晶光催化活性的光谱性能机制研究

采用酸催化的溶胶-凝胶法制备了未掺杂和掺杂0.5%Ho(摩尔分数)的纳米TiO2光催化剂,以甲基橙的光催化降解为探针反应,评价了其光催化活性。运用XRD,TEM,EDS,FT-IR,UV-Vis DRS以及PL光谱表征技术考察了Ho掺杂对纳米TiO2的微晶尺寸、晶体结构、表面组成与光学性能的影响,并对改性机制作了探讨。结果表明,Ho掺杂可以抑制TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变,阻碍TiO2晶粒增长,使TiO2的光吸收带边发生蓝移,增加表面羟基含量,促进光生载流子分离,从而使Ho掺杂TiO2样品光催化降解甲基橙的能力显著增强。     

低量镱掺杂TiO2纳米光催化剂的溶胶-溶剂热制备及光活性

利用溶胶-溶剂热技术制备了锐钛矿型Yb掺杂和未掺杂TiO2纳米粒子,以亚甲基蓝(MB)溶液在紫外光和可见光照射下的光催化脱色率评价其光活性,考察了溶剂热温度、Yb掺杂量和焙烧温度对样品光活性的影响;结合XRD,BET,XPS,FT-IR,DRS和PL表征手段,探讨了Yb掺杂对TiO2光活性的影响机制.结果表明,低量Yb掺杂不仅显著提高TiO2的紫外光活性,也明显提高其可见光活性.Yb掺杂调整TiO2带隙内部电子分布状态,有效抑制光生e-/h+复合,提高量子效率;并且增加表面羟基,增大比表面积,改善表面织构特性,致使紫外光活性提高.然而Yb掺杂并未引起紫外吸收带边红移,其可见光活性的提高应归因于Yb掺杂强化了表面吸附染料的敏化作用.     

钕掺杂对纳米TiO2光催化分解水制氢活性的影响

 采用溶胶-凝胶法制备了一系列纳米TiO2和掺杂Nd3+ 的纳米TiO2光催化剂,并通过XRD, UV-Vis, TEM和N2吸附等技术对其进行了表征和分析,考察了样品光催化分解水制氢的活性. 结果表明, Nd3+的掺杂使TiO2的相变温度从600 ℃提高到800 ℃, 同时有效抑制了TiO2的粒径增长,提高了粒子的分散性和样品的比表面积, Nd3+掺杂量越大,催化剂的比表面积越大. 掺杂Nd3+ 后, TiO2的光催化制氢活性提高,本实验中Nd3+的最佳掺杂量为0.1%, 此时催化剂的活性比未掺杂TiO2提高了3.5倍. 随着焙烧温度升高, TiO2和Nd3+/TiO2样品的光催化活性均下降,但同时一定量的金红石相与锐钛矿相共存所产生的协同效应也使样品的光催化活性有所提高.     

掺杂Ce的TiO_2纳米粒子的光致光及其光催化活性

采用sol-gel法制备了纯的和掺杂不同量Ce的TiO_2纳米粒子，并利用XRD， TEM，BET，XPS和PL光谱对样品进行表征，主要考察焙烧温度和含量对掺杂Ce的 TiO_2纳米粒子性质以及光催化降解苯酚活性的影响，并探讨了Ce的掺杂对TiO_2相 变的作用机制以及PL光谱与光催化活性的关系，结果表明，掺杂的Ce~(4+)没有进 入到TiO_2晶格中，而是以小团簇的CeO_2化学态均匀地弥散在TiO_2纳米粒子中， 这可能导致了Ce的掺杂对TiO_2的相变有很大的抑制作用；Ce的掺杂没有引起新的 光致发光现象，而适量Ce的掺杂能够降低TiO_2纳米粒子PL光谱的强度，这是因为 掺杂的Ce~(4+)易于捕获光生电子而生成Ce~(3+);600℃处理的掺杂Ce的TiO_2纳米 粒子表现出较高的光催化活性，这说明600℃是比较合适的焙烧温度，而掺杂不同 量的Ce的TiO_2样品的光催化活性顺序是：3 mol%＞4 mol%＞2 mol%＞5 mol%＞1 mol%＞0 mol%，这与它们的PL光谱强度的顺序是相反的，即PL光谱强度越低，其 光催化活性越高，这说明PL光谱与其光催化活性间有着必然的联系，这是因为掺杂 剂Ce~(4+)能够捕获光生电子，在光致发光过程中使PL光谱强度下降，而在光催化 反应过程中使有机污染物加快氧化。     

碳和钇共掺杂对混相TiO2光催化性能的影响

TiO2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TiO2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TiO2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TiO2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TiO2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TiO2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-TiO2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-TiO2>Y-TiO2>C-TiO2>TiO2≈P25.此外,降解反应动力学研究表明C-Y-TiO2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TiO2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TiO2.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TiO2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TiO2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TiO2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.     

低温苯甲醇醇解法制备高活性锐钛矿型纳米晶TiO2光催化剂

 以TiCl4 为钛源,采用低温苯甲醇醇解法制备了不同粒径及晶相组成的大表面TiO2纳米晶,利用X射线衍射、热重-差热分析、透射电子显微镜、拉曼光谱、紫外-可见漫反射光谱和N2物理吸附等方法考察了焙烧温度和焙烧时间对其晶相组成、晶粒尺寸、比表面积及孔体积等微结构性质的影响,并以苯酚的光催化降解为模型反应评价了样品的光催化活性. 结果表明,未经任何热处理的TiO2样品即为锐钛矿晶相,控制焙烧温度及焙烧时间可进一步调控样品的粒径、比表面积、晶相结构及表面氧缺位浓度. 经400 ℃焙烧3 h制备的纳米晶TiO2具有最佳的光催化活性,其活性比商用Degussa P-25 TiO2更高.     

超临界乙醇干燥法制备高热稳定性Fe-TiO2

以TiCl4和Fe(NO3)3为前体,采用共沉淀法和乙醇超临界干燥技术合成了具有不同Fe3 掺杂量的TiO2,样品织构性质用XRD、TEM、BET、TG和UV-vis等技术表征.研究结果表明,超临界干燥方法可以有效地提高Fe-TiO2样品的热稳定性,样品在500℃焙烧时Fe3 对TiO2的比表面积、晶粒度、晶相等性质影响不大,即使在800℃焙烧还能保持锐钛矿晶型.但Fe3 在掺杂量小于0.5at%时,Fe3 会与TiO2晶格中的Ti4 发生同晶取代,从而使TiO2的锐钛矿晶胞参数和晶胞体积增大,导致晶格应力和表面张力增加;当Fe3 掺杂量大于0.5at%时,Fe3 以氧化物形式在TiO2表面聚集,在800℃热处理中晶粒更易被烧结增大;漫反射UV-vis光谱表征发现,Fe3 掺杂提高了样品对可见光的吸收,随着Fe3 含量和焙烧温度的提高,样品对可见光的吸收也随着增加.但是Fe3 掺杂降低了锐钛矿TiO2在紫外光下降解甲基橙速率,这表明锐钛矿TiO2的光催化活性与样品的晶格缺陷和颗粒尺寸密切相关.     

Fe掺杂对纳米TiO2薄膜的结构与光催化性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Fe掺杂的TiO2薄膜,利用X射线光电子能谱、X射线衍射技术、显微共聚焦拉曼光谱、紫外可见光谱和原子力显微镜等对薄膜进行表征,以甲基橙为反应模型对光催化活性进行测试。 结果表明,在300~600 ℃焙烧时,TiO2以锐钛矿结构存在,700 ℃焙烧时出现金红石结构。 随掺铁量和焙烧温度的增加,Fe/TiO2薄膜的表面粗糙度和晶粒尺寸均逐渐增大;随镀膜层数的增加,Fe/TiO2薄膜光谱吸收向可见光方向移动;较低含量的铁掺杂改善了TiO2薄膜的光催化活性,而较高含量的铁掺杂则使TiO2薄膜的光催化活性下降,掺铁量为0.1%时Fe/TiO2薄膜的光催化活性最好。     

可见光响应Gd-N-TiO2纳米光催化剂的溶胶-水热制备及表征

利用溶胶-水热法制备了未掺杂、N掺杂、Gd掺杂和Gd-N共掺杂TiO2纳米光催化剂,以甲基橙(MO)溶液在紫外光和可见光照射下的光催化脱色评价其光活性;采用XRD、XPS、BET、UV-Vis和PL分析技术表征样品的物理化学性能,探讨Gd-N共掺杂对TiO2光活性的影响机制。结果表明,Gd掺杂能有效抑制光生e-/h+的复合,提高光量子效率;抑制TiO2晶粒生长,改善样品表面织构特性,明显提高紫外光活性。N掺杂窄化TiO2带隙,拓宽光吸收范围至可见光区,从而提高了可见光活性。Gd-N共掺杂进一步窄化带隙增加可见光吸收,减小晶粒尺寸,改善样品的表面织构特性,增强织构的热稳定性。与单掺杂样品相比,Gd-N-TiO2在可见光照射下对MO的光催化脱色活性进一步提高,这归因于Gd-N共掺杂的协同效应。