S掺杂S-TiO_2/SiO_2可见光响应光催化剂的制备及性能

以四氯化钛为钛源,硫脲为硫源,采用液相水解-沉淀法制备了S掺杂的TiO2/SiO2(S-TiO2/SiO2)催化剂,并以苯酚为模型物,考察了催化剂在可见光区、紫外光区和太阳光下的光催化活性,以及催化剂的使用寿命和分离性能.采用X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱、紫外-可见漫反射光谱、X射线衍射、透射电镜及N2吸附-脱附等技术对催化剂进行了表征.结果表明,S以+6价形式进入TiO2体相并置换晶格中的Ti4+,适量S掺杂的S-TiO2/SiO2在紫外光区、可见光区和太阳光下均表现出较高的光催化活性.SiO2与TiO2界面间有Ti-O-Si键形成,结合牢固.S掺杂在TiO2表面生成Ti-O-S键,形成新的能级结构,使光催化剂在450～550nm产生吸收,诱发TiO2可见光催化活性;同时提高了TiO2表面羟基数量.SiO2的加入可减小TiO2颗粒的平均尺寸,增大催化剂的比表面积,改善催化剂的分离性能,提高催化剂的使用寿命.     

氮掺杂TiO2光催化剂的制备及可见光催化性能研究

在溶胶-凝胶法基础之上,以尿素为氮源,通过较温和的反应条件来制备氮掺杂TiO₂光催化剂。以亚甲基蓝为模型化合物、日光色镝灯为光源,探索了其可见光光催化性能;并用XRD、低温氮气吸附-脱附技术、UV-Vis等表征了其结构特征;同时以对苯二甲酸为探针分子,结合化学荧光技术研究了光催化体系中·OH自由基的变化规律,进一步验证了其光催化活性规律。结果表明：氮掺杂能引起TiO₂光催化剂的激发吸收光谱明显红移并具较好的可见光响应性;在不同煅烧温度和尿素/钛酸丁酯物质的量的比     

氮掺杂TiO2/SiO2核壳型复合微球的制备及其可见光催化性能

 以单分散性良好的SiO2微球为模板,以钛酸四丁酯为钛源,利用化学吸附和原位水解方法制备了TiO2/SiO2核壳结构复合微球,并在氨气气氛下进行了氮掺杂. 以罗丹明B水溶液的光催化降解为模型反应,评价了所制试样在可见光照射下的光催化活性,并借助透射电镜、高分辨透射电镜、 X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、红外光谱和X射线光电子能谱等测试手段对其结构、形貌和光谱性质进行了表征. 结果表明,氮掺杂TiO2/SiO2为核壳结构, TiO2包覆层厚约10 nm. 由于SiO2核与TiO2壳间形成了 Ti-O-Si 键, TiO2的热稳定性增强. 掺杂的氮形成了 Ti-O-N 键. 600 ℃下氮化1 h得到的试样的可见光活性最佳. 由于结合了SiO2核优良的吸附性能及氮掺杂TiO2壳的可见光响应性能,该复合微球在整体上表现出比P25更优的光催化活性.     

锡掺杂Bi2O3可见光响应光催化剂的制备及性能

以硝酸铋和四氯化锡为原料,采用浸渍法制备了纯Bi2O3和Sn掺杂Bi2O3光催化剂。利用X射线光电子能谱、X射线荧光光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜、紫外-可见吸收光谱和光致发光光谱对样品进行了表征。在可见光下,利用2,4-二氯苯酚水溶液的光催化降解作为探针反应,考察了样品的可见光催化活性。结果表明,浸渍法能较好地实现Sn的掺杂,催化剂中掺杂剂Sn的价态为+4价,以锡的氧化物形式存在于Bi2O3晶格间隙或晶粒表面。并且掺杂适量的Sn,可有效抑制Bi2O3晶相由四方相向单斜相的转变,拓宽了Bi2O3的可见光响应范围,有效阻止了光生电子和空穴的复合,从而提高了Bi2O3的可见光催化活性。当Sn的掺杂量为2%时(物质的量的分数),Bi2O3具有最好的可见光催化活性。     

湿法水解制备可见光催化剂N/TiO2

The N/TiO₂ was prepared by wet hydrolyzation method. The photocatalytic decomposition of benzoic acid solution was carried out under simulated sun light; the photocatalytic activity was 2.47 times of TiO₂. The products were characterized by XRD, SPS, EFISPS and XPS, respectively. The results of XRD showed that the N could restrain the crystallization transformation of TiO₂ from anatase to rutile. The N/TiO₂ was still n-type semiconductor, and the absorbance wavelength appeared red-shifted by N-doping. The band gap of N/TiO₂ was decreased to 2.7 eV. The amount of doped-N is about 0.94at.%. The binding energy of N1s are 396.62 eV (Ti-N bonds, β-N) and 400.87 eV (N-N bonds, γ-N₂), respectively, and the photocatalytic activity of N/TiO₂ under visible light is related to the β-N. The N atoms replace the O of the TiO₂ and form the Ti-N bonding.     

氮掺杂纳米多孔TiO2∶EDTA-Na2辅助水热合成及光催化性能

利用螯合剂乙二胺四乙酸二钠(EDTA-Na₂)作为致孔剂,以三氯化钛(TiCl₃)为前驱体,利用水热法直接合成了氮掺杂的纳米多孔TiO₂。通过 SEM、XRD、IR、低温N2吸附-脱附、XPS、热重分析(TG)和紫外可见(UV)光谱对样品进行了表征与分析。结果表明所合成TiO₂以锐钛矿相形式存在,氮掺在TiO₂晶面之间,具有典型的介孔结构和较高的比表面积,通过改变EDTA-Na₂的浓度,比表面积可控制在95~216 m²·g^-1之间。这种纳米多孔TiO₂在光降解甲基橙的实验中表现出很好的光催化活性,且随着EDTA-Na₂的浓度增大而逐渐增加。     

钯氮共掺杂TiO2的制备与表征及其可见光催化活性

在空气气氛和N₂中热处理表面均匀分散有尿素和氯化钯的纳米管钛酸,制备了两个系列Pd/N共掺杂的TiO₂光催化剂,并对所得样品进行了X射线衍射、透射电镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱和电子自旋共振等表征.结果表明,焙烧气氛对样品的形貌、晶体结构、光谱吸收、生成的氧空位浓度和可见光光催化性能的影响很大,其中在空气气氛中制备的样品光催化性能优于在N₂中制备的样品.在可见光(λ≥420nm)照射下,以丙烯为模型污染物考察了样品的光催化活性,发现在空气中400℃下焙烧的样品具有最佳的可见光催化活性.另外,讨论了Pd/N共掺杂TiO₂光催化剂具有可见光响应的机理,认为掺杂的Pd/N元素和制备过程中生成的氧空位是影响可见光催化性能的重要因素.     

N 掺杂TiO2光催化剂的制备及其可见光活性研究

A visible-light-active photocatalyst was prepared by calcination of the hydrolysis product of tetrabutyl titanate with ammonia as precipitant. The photocatalyst was characterized by X-ray diffraction (XRD), UV-Vis diffuse reflection spectra (DRS), thermal gravimetric-differential thermal analysis (TG-DTA), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscope (SEM). The color of the photocatalyst was yellow and could absorb light wavelength under 550 nm as measured by DRS. The catalyst calcined at higher temperature will give lower absorbance for visible light. Structures of the sample were characterized mainly to be anatase by XRD except for the sample calcined at 700 ℃ which gave mixtures of anatase and rutile. TG-DTA results showed that temperature for anatase formation was 415 ℃. XPS results showed that doped-nitrogen was presented in the sample, they are important to show visible-light absorbency. The photocatalytic activities were evaluated using methyl orange and phenol as model pollutants, the results showed that over 90% of phenol could be degraded under visible light using N/TiO₂ as the catalyst after 4 hours reaction. Almost the same activity was found for the TiO₂ photocatalyst calcined at different temperature under sunlight but activities were different when the treatment was under UV light.     

大尺寸TiO2/SiO2大孔材料的制备及光降解性能

先以三维骨架聚合物为整体型模板,利用硅酸酯原位溶胶-凝胶过程并结合高温烧结的方法制备出大尺寸大孔径的SiO2载体,然后通过钛酸丁酯溶液浸渍、原位水解、煅烧制备出大尺寸的TiO2/SiO2大孔材料并用SEM、TEM、FTIR、XRD和XPS对其表征,结果表明SiO2载体具有三维连续的超薄层,TiO2以纳米薄层方式均匀地沉积在SiO2的三维超薄层上,形成TiO2/SiO2/TiO2三层夹心结构,层与层界面存在Si-O-Ti键,同时复合结构提高了TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变温度.以甲基橙为目标降解物考察不同条件下制备的复合材料的光催化活性,采用复合材料吸入甲基橙溶液的方式,并借助甲醇萃取手段研究光降解动力学过程.结果表明,该复合材料具有较好的光降解催化活性,当焙烧温度为600℃和TiO2的负载量为54.5wt%时,其活性最大且降解速率常数达到1.78 h-1.     

具有可见光响应的C、N共掺杂TiO2纳米管光催化剂的制备

为了提高二氧化钛对可见光的利用效率,采用等离子体电解方法对二氧化钛实现了C、N共掺杂.掺杂通过等离子体电解HCONH2、NaNO2、(NH2)2CO产生活性N、C实现.XPS结果表明,C、N掺杂进入了氧化钛晶格.紫外漫反射光谱分析表明,氧化钛对可见光(＞400 nm)的响应增强,其光催化降解能力也大大增强.C、N共掺杂TiO2是一种利用太阳能的理想的光催化剂.     

SiO2/TiO2-xCx/C的制备、表征及其吸附和可见光催化性能

以SiO2为成核中心,钛酸四丁酯为钛源,分别以多羟基化合物乙二醇、丙三醇、葡萄糖和聚乙烯醇为联接剂,采用水解沉淀法制备了碳掺杂和包覆的多孔SiO2/TiO2-xCx/C可见光响应型光催化剂。采用X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换-红外光谱(FTIR)、比表面积(BET)和紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱对样品进行表征。对不同结构样品的形成机理进行了分析。以次甲基蓝(MB)溶液为模拟废水,对样品的吸附性能和可见光催化性能进行了评价。结果表明,多羟基化合物对材料的结构和性能有重要影响。碳的掺杂和包覆使材料的吸收光谱包含了整个可见光区,而多孔结构使材料的吸附性能得到提高。以聚乙烯醇为原料所得样品吸附性能最好,30 min内吸附率达到70%;而以丙三醇为原料所得样品具有最好的可见光催化性能,40 min内次甲基蓝的降解率达到95%。     

静电自组装制备纳米TiO2/SiO2光催化材料

采用静电自组装方法制备了纳米TiO2/SiO2光催化材料。采用巯丙基三甲氧基硅烷偶联剂对SiO2进行干法改性,采用双氧水/冰醋酸将偶联剂巯基基团氧化为磺酸基基团。在正负电荷的吸引下,带负电荷的SiO2与带正电荷的钛聚合阳离子自发地组装在一起,经一定温度热处理得到纳米TiO2/SiO2光催化材料。采用XRD、FTIR、PL、UV-Vis DRS、SEM和ICP等对材料进行了分析和表征。采用甲基橙溶液评价材料的光催化性能。结果表明:SiO2促使锐钛矿的形成,抑制锐钛矿向金红石的转变,减小TiO2的晶粒尺寸,使得TiO2光吸收波长发生蓝移。TiO2与SiO2通过Si-O-Ti键发生结合。采用静电自组装方法制备的材料中TiO2的含量高于传统方法,导致材料的光催化性能有所提高。     

蛭石负载TiO2光催化剂的制备与性能

以新疆尉犁工业蛭石为载体,采用溶胶-凝胶法制备负载型二氧化钛光催化剂,利用XRD、TG、SEM、IR和低温N₂吸附－脱附对负载型二氧化钛进行表征,并以亚甲基蓝为目标降解物对其光催化性能进行研究。讨论了不同TiO₂负载量、反应温度和煅烧温度等因素对负载型二氧化钛光催化性能的影响,结果表明：TiO₂负载量为4.0wt%,反应温度为40 ℃,煅烧温度为400 ℃时,复合材料光催化效果最好,经60 W紫外灯照射20 min后,TiO₂/VMT复合材料对亚甲基蓝溶液的降解率为92.08%。     

溶胶-凝胶法低温制备N掺杂TiO2可见光光催化剂

为了满足低温制备可见光光催化材料的需要,采用溶胶-凝胶法制备TiO₂纳米晶溶胶,再与聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)直接反应制备N掺杂TiO₂可见光光催化剂。通过XPS分析,说明N取代了部分晶格中的O,UV-Vis漫反射吸收光谱显示,光催化剂具有明显的可见光响应,这是由于N原子的2p轨道位于O原子的2p轨道之上,从而使得价带和导带间的能量带隙变窄,引起吸收带红移,产生明显的可见光吸收。依靠亚甲基兰(MB)的可见光降解实验证明,N掺杂光催化剂具有良好的可见光光催化活性,16 h MB降解率接近25％。     

Ce掺杂Bi2MoO6/TiO2纳米纤维异质结的制备及可见光催化性能

以静电纺丝技术制备的TiO₂纳米纤维为基质,通过溶剂热法制备了异质结型稀土Ce掺杂Bi₂MoO₆/TiO₂复合纳米纤维。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电镜（TEM）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）以及荧光光谱（PL）等分析测试手段对样品的物相、形貌和光学性能等进行表征。以罗丹明B为模拟有机污染物,研究了样品的可见光催化性能。结果表明：在稀土掺杂样品中,Ce离子进入Bi₂MoO₆晶格,部分取代Bi³⁺,导致晶胞膨胀,晶格畸变,形成缺陷;与TiO₂复合形成异质结,有利于光生电荷的产生、转移和有效分离,从而提高TiO₂纳米纤维的光催化活性。可见光照射180 min,罗丹明B的降解率达到95.1%。经5次循环光催化降解活性基本不变,样品具有良好的光催化稳定性。     

Ce掺杂Bi2MoO6/TiO2纳米纤维异质结的制备及可见光催化性能

以静电纺丝技术制备的TiO_2纳米纤维为基质,通过溶剂热法制备了异质结型稀土Ce掺杂Bi_2MoO_6/TiO_2复合纳米纤维。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)以及荧光光谱(PL)等分析测试手段对样品的物相、形貌和光学性能等进行表征。以罗丹明B为模拟有机污染物,研究了样品的可见光催化性能。结果表明:在稀土掺杂样品中,Ce离子进入Bi_2MoO_6晶格,部分取代Bi3+,导致晶胞膨胀,晶格畸变,形成缺陷;与TiO_2复合形成异质结,有利于光生电荷的产生、转移和有效分离,从而提高TiO_2纳米纤维的光催化活性。可见光照射180 min,罗丹明B的降解率达到95.1%。经5次循环光催化降解活性基本不变,样品具有良好的光催化稳定性。     

The release of TiO2 and SiO2 nanoparticles from nanocomposites

There is a growing interest in the development of nanocomposites consisting of organic polymers and TiO₂ or amorphous SiO₂ nanoparticles. These nanoparticles may be released from nanocomposites. There is evidence that amorphous SiO₂ and TiO₂ nanoparticles can be hazardous. Thus, in the design of nanocomposites with such nanoparticles, hazard reduction extending to the full nanocomposite life cycle would seem a matter to consider. Options for hazard reduction include: changes of nanoparticle surface, structure or composition, better fixation of nanoparticles in nanocomposites, including persistent suppression of oxidative damage to polymers by nanoparticles, and design changes leading to the release of relatively large particles.     

磷酸对TiO2纳米粒子光催化剂的改性

通过浸渍过程实现了磷酸对溶胶水热法合成的锐钛矿相TiO2纳米粒子的改性.重点研究了磷酸修饰对纳米锐钛矿相TiO2的热稳定性及光催化活性的影响.结果表明,磷酸修饰显著地提高了纳米锐钛矿相TiO2热稳定性,甚至经过800℃热处理后仍然具有以锐钛矿相为主的相组成.在光催化降解罗丹明B(RhB)过程中经过700℃热处理的磷酸修饰的样品表现出了优于商品P25-TiO2的活性.