TiO2/Cu2O/Pt复合空心微球的制备及其光催化性能

以锐钛矿相TiO₂溶胶为基底,采用沉淀法和液相沉积法制备了TiO₂/Cu₂O/Pt复合空心微球,通过改变n₍Ti⁴⁺)∶n_Cu2+和H₂Pt Cl₆·6H₂O溶液的加入量对TiO₂的形貌和结构进行调控,采用不同的方法对不同样品的物相及结构、微观形貌和光学性能进行了对比分析。分析结果表明,复合材料中Pt与Cu₂O的引入产生协同效应,不仅在一定程度上阻止了电子-空穴的复合,还降低了禁带宽度,在可见光区域光吸收明显增强。与TiO₂、Cu₂O和TiO₂/Cu₂O光催化剂相比较,TiO₂/Cu₂O/Pt降解有机污染物的能力显著增强,首次光照120 min可降解93%的甲基橙(MO)溶液,4次循环后降解率为71%,具有良好的光催化...     

氧空位修饰的暴露TiO2{001}的Ru/TiO2增强光热协同CO2甲烷化活性和稳定性

利用太阳能在温和条件下实现CO₂还原反应,不仅可以缓解过度消耗化石能源造成的能源危机,还可以改善诸如温室效应和海洋酸化等环境问题.光热协同催化可以有效降低催化反应温度,具有较大的应用前景.本文利用Ru与暴露TiO₂{001}晶面的TiO₂载体产生的金属-载体相互作用,经过高温氢气煅烧后,获得具有丰富表面氧空位的Ru/TiO₂催化剂.活性测试结果表明,具有丰富表面氧空位的Ru/TiO₂表现出优异的CO₂甲烷化活性,反应过程中甲烷的TOF值在300°C时可以达到22 h-1,但该催化剂却表现出较差的稳定性,在反应10小时后,甲烷的TOF值逐渐降低到19 h-1.将紫外光引入到Ru/TiO₂热催化甲烷化体系中,甲烷的TOF值增加到30 h-1,且兼具高稳定性.热催化反应过程中逐渐消失的表面氧空位和部分氧化的Ru是活性降低的主要原因.在光热协同反应中,光生电子的产生稳定了Ru表面的电子密度,同时也再生了催化剂上表面氧空位,这有效地提高了反应的活性和稳定性.程序升温原位红外和X射线光电子能谱实验结果表明,当催化剂表面具有丰富的表面氧空位时,CO₂可以有效地在Ru纳米粒子上解离成CO中间体,随后吸附在Ru上的CO中间体解离成表面碳物种,并加氢产生甲烷.在热催化反应过程中,Ru纳米粒子逐渐被氧化成Ru Ox物种,且表面氧空位被CO中间物种覆盖,降低了催化反应的稳定性.当紫外光引入到上述反应中,催化剂的表面氧空位可有效提高光生载流子的分离能力.TiO₂载体产生的光电子转移至Ru表面,稳定了金属Ru纳米粒子的价态.另外,载体产生的光生空穴加速了H₂质子化,提高了催化剂对氢气的活化迁移能力,促进了CO中间体的加氢甲烷化反应,进而再生表面氧空位.因此在紫外光照下,兼顾提高了热催化CO₂甲烷化的活性和稳定性.值得注意的是,当Ru负载于暴露少量TiO₂{001}晶面的TiO₂载体上时,产生了强金属-载体相互作用并抑制了H₂在催化剂上的吸附活化,不利于产生表面氧空位.因此暴露少量TiO₂{001}晶面的Ru/TiO₂催化剂也不利于光生载流的产生和分离,这导致热催化或光热协同催化反应活性较低.     

磁载光催化剂Fe3O4/C/TiO2的制备及对三氯苯酚的降解

以FeCl₃为铁源, 葡萄糖为碳源, 钛酸四丁酯为钛源, 采用水热法制备了磁载光催化剂Fe₃O₄/C/TiO₂, 用TEM、EDX、VSM、XRD和IR对Fe₃O₄/C/TiO₂的粒径、形貌和物相等进行了表征。研究了该催化剂对三氯苯酚的降解性能, 探讨了其重复使用的可能性, 用荧光光谱法推测了可能的反应机理。结果表明该材料结合了光催化与可再生的优点, 1 g·L^-1 Fe₃O₄/C/TiO₂在18 W紫外灯下, 50 min内可将三氯苯酚降解97.9%以上, 6次循环使用后降解率仍保持在95.1%, 降解过程中有羟基自由基生成。     

金属催化剂光热催化CO2还原的研究进展

CO2的过量排放导致温室效应对环境的影响越来越严重,通过电催化、光催化、热催化、光热催化或光电催化将CO2还原成高附加值的化学品是解决CO2排放的有效途径.其中, CO2的光热催化转化是当前的主要研究领域之一.我们对光热催化进行了总结分类:热助光、光助热、光驱热和光热协同催化,并详细介绍相应的催化机理,总结了金属催化剂用于光热催化CO2还原的最新研究进展,最后提出了光热催化面临的挑战与展望.     

高电化学活性SnO2/TiO2空心微球的制备及其性能

采用一种简便的无模板溶剂热法合成了尺寸在1μm左右、具有堆叠结构的SnO_2/TiO_2空心微球。合成过程的研究结果表明:SnO_2/TiO_2空心微球在形成过程中经历了空心、被填充、分裂到再次形成空心结构的过程。随后,SnO_2/TiO_2空心微球作为锂离子电池负极材料的电化学性能测试结果表明:SnO_2/TiO_2空心微球在0.1 A·g~(-1)的电流密度下,其首次放电容量达到1 484.9mAh·g~(-1),库伦效率为49.0%。经过600次循环后,其放电容量依然可以达到565.6 mAh·g~(-1),显示了高的容量和循环稳定性。     

CeO2/TiO2光催化剂的制备及其可见光脱氮性能

采用溶胶-凝胶和浸渍掺杂两步法合成了CeO₂/TiO₂光催化剂,并对催化剂的理化结构进行表征分析;以吡啶-正辛烷体系为模拟油品氮源,研究了该催化剂在可见光作用下的光催化脱氮行为,并探究了光催化脱氮的最佳反应条件。 结果表明,掺杂的铈主要以CeO₂的形式存在,且增强了催化剂在可见光区的吸收;在可见光辐照150 min的条件下,铈的掺杂量质量分数为8%,所制备的CeO₂/TiO₂催化剂投入量为1.0 g/L时,模拟油品中吡啶的脱氮率高达76.45%。     

磁载光催化剂Fe3O4/C/TiO2的制备及对三氯苯酚的降解

以FeCl3为铁源,葡萄糖为碳源,钛酸四丁酯为钛源,采用水热法制备了磁载光催化剂Fe3O4/C/TiO2,用TEM、EDX、VSM、XRD和IR对Fe3O4/C/TiO2的粒径、形貌和物相等进行了表征。研究了该催化剂对三氯苯酚的降解性能,探讨了其重复使用的可能性,用荧光光谱法推测了可能的反应机理。结果表明该材料结合了光催化与可再生的优点,1 g·L-1 Fe3O4/C/TiO2在18 W紫外灯下,50 min内可将三氯苯酚降解97.9%以上,6次循环使用后降解率仍保持在95.1%,降解过程中有羟基自由基生成。     

TiO2/BiNbO4复合光催化剂的制备及降解气相苯性能

采用固相反应法制备出BiNbO4,将其与TiO2耦合,得到TiO2/BiNbO4复合光催化剂。考察了催化剂在紫外光照射下催化降解气相苯的活性。结果表明,TiO2与BiNbO4耦合后催化活性明显提高,其中36%TiO2/BiNbO4紫外光照5 h对苯的降解率是P-25的3.7倍。紫外-可见漫反射谱(UV-Vis DRS)、XRD、XPS和低温氮吸附-脱附等表征结果表明TiO2与BiNbO4的能级匹配,二者之间存在能带协同效应。耦合后的TiO2/BiNbO4的光生电子和空穴能有效分离,从而提高了催化剂催化活性。     

(英)多孔SnO2/炭微球的制备及其电化学性能研究

以SnCl4·5H2O和可溶性淀粉为原料,采用简便的水热法制备了SnO2/炭微球,通过ZnCl2活化获得多孔SnO2/炭微球。所制备的SnO2/炭微球和多孔SnO2/炭微球均保持良好的球形,粒径集中在1~5μm,SnO2纳米颗粒均匀地分布在炭基体中。与采用同样方法制备的多孔炭微球相比,多孔SnO2/炭微球作为超级电容器电极材料表现出更高的比电容、更低的等效串联电阻以及更好的倍率性能,表明多孔SnO2/炭微球在超级电容器领域具有良好的应用前景。     

医用多孔NiTi合金表面溶胶-凝胶法制备TiO2涂层

采用溶胶-凝胶法结合浸渍提拉工艺在多孔NiTi合金表面制备出了结构均一的锐钛矿型TiO2涂层,并在溶胶中添加聚乙二醇(PEG)作为造孔剂,进而在多孔NiTi合金表面制备出内层致密、外层多孔的TiO2复合涂层。SEM分析结果表明,TiO2涂层均匀地覆盖了多孔NiTi合金基体的外表面以及孔的内表面。Hanks溶液中的阳极极化曲线结果表明,与未处理的多孔NiTi合金相比,具有致密TiO2涂层的多孔NiTi合金其耐腐蚀性能有了显著提高。而多孔TiO2复合涂层进一步增大了多孔NiTi合金的实际表面积,提高了材料表面的生物活性。     

TiO2/Cu2O/Pt复合空心微球的制备及其光催化性能

以锐钛矿相TiO₂溶胶为基底,采用沉淀法和液相沉积法制备了TiO₂/Cu₂O/Pt复合空心微球,通过改变n_Ti⁴⁺∶ n_Cu²⁺和H₂PtCl₆·6 H₂O溶液的加入量对TiO₂的形貌和结构进行调控,采用不同的方法对不同样品的物相及结构、微观形貌和光学性能进行了对比分析。分析结果表明,复合材料中Pt与Cu₂O的引入产生协同效应,不仅在一定程度上阻止了电子-空穴的复合,还降低了禁带宽度,在可见光区域光吸收明显增强。与TiO₂、Cu₂O和TiO₂/Cu₂O光催化剂相比较,TiO₂/Cu₂O/Pt降解有机污染物的能力显著增强,首次光照120 min可降解93%的甲基橙(MO)溶液,4次循环后降解率为71%,具有良好的光催化稳定性能。     

H2O和SO2对Ce(1)Mn(3)Ti催化剂催化氧化NO性能的影响

为了提高MNO_x/TiO₂催化剂催化氧化NO的活性,在载体TiO₂上负载醋酸锰的同时掺杂了一定量的硝酸铈,构成了Ce(1)Mn(3)Ti催化剂,并对催化剂进行XRD、BET和XPS等表征。重点考察了H₂O和SO₂对催化剂活性的影响,通过FT-IR、SEM和BET等表征手段对毒化前后的催化剂组成及结构进行了分析。结果表明,Ce(1)Mn(3)Ti催化剂具有较好的活性,在空速41 000 h^-1、NO体积分数为300×10^-6及O₂含量10%的条件下,反应温度200℃时NO转化率可达58%,250℃时NO转化率达到最高值85%。单独加入4%H₂O使得催化剂活性降低,升高反应温度,H₂O对催化剂的影响减弱;同时通入4%H₂O和100×10^-6SO₂,在反应温度250℃时,NO转化率下降并维持在48%左右,停止通入后恢复到61%。H₂O和SO₂使催化剂活性物种硫酸盐化失活。     

低温等离子体协同Cu-Mn-Ce-Zr/TiO2催化降解甲苯

以TiO₂为载体,采用等体积浸渍法制备了负载型Cu_xMn_1-xCe_0.75Zr_0.25/TiO₂(x=1.0、0.75、0.5、0.25、0)负载型催化剂,采用XRD、H₂-TPR、O₂-TPD和XPS等方法对催化剂进行了表征,并通过低温等离子体协同催化剂对大流量的甲苯模拟废气进行了催化降解反应研究。结果表明,Cu和Mn单主金属催化剂的活性优于Cu-Mn双主金属催化剂,其原因是双金属催化剂中Mn的添加减弱了Cu与助剂Ce之间的相互作用,使得催化剂的晶格氧减少,低温还原性能降低。在反应初期,甲苯降解主要依赖于催化剂的活性,具有较好的低温还原性以及丰富的氧空穴和晶格氧含量的CuCe_0.75Zr_0.25/TiO₂的活性最好;Mn具有较强的O₃分解能力,当等离子体比能密度(SED)增加到一定值后,等离子体与催化剂的协同作用增强,从而使得MnCe_0.75Zr_0.25/TiO₂催化剂活性高于CuCe_0.75Zr_0.25/TiO₂,强化了甲苯的脱除。     

微流控法制备的多孔微球对Cr(Ⅵ)的吸附性能

利用玻璃毛细管搭建单级微流控装置制备单分散水包油（O/W）乳液,以乳液为模板,紫外光照射乳液引发自由基聚合,成功制备了单分散甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯（MMA/DMAEMA）多孔微球。微球粒径偏差系数（CV）值小于5%,单分散性良好。研究了MMA/DMAEMA多孔微球对Cr(Ⅵ)的吸附性能、再生吸附性能、吸附机理。结果表明：pH对微球吸附Cr(Ⅵ)的量有较大影响,当pH=3时,微球对Cr(Ⅵ)吸附率达到52.9%;循环4次后微球吸附率基本不降低,循环性能好;微球吸附符合准二级动力学模型,属于化学吸附;微球等温吸附符合Langmuir模型,属于单分子层吸附。     

新型包覆数目可控的(CdTe/ZnS)nSiO2微球制备及细胞成像

以水相中快速合成的高质量核壳型CdTe/ZnS量子点为核,通过两步Stber法首次制备了硅壳包覆CdTe/ZnS数目可控的量子点微球(CdTe/ZnS)nSiO2,并完成氨基功能化修饰。通过紫外-可见分光光谱、红外光谱、荧光分光光谱、透射电子显微镜、粒度分析等相关方法对产物进行表征。结果证实:该合成方法不仅简便省时,易于放大生产,而且制备的氨基化微球具有52.1%的高荧光量子产率、稳定性强、生物相容性好。进一步将其用于标记Raw 264.7小鼠单核巨噬细胞和MCF-7人乳腺癌细胞,通过特征性膜成像表现膜电荷的分布,显示其在膜电荷对细胞行为的影响研究方面具有广阔的前景。     

PMMA为模板合成多孔TiO2微米球及紫外光催化性能

以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)球为模板,用溶剂热法制备了具有多孔结构的TiO2微米球.用扫描电镜、X射线衍射、N2-吸脱附、热重分析对样品进行表征,并通过对亚甲基蓝的紫外光催化降解评价样品的光催化性能.结果表明,样品为单分散的锐钛矿晶型TiO2球形颗粒,其直径在4 μm左右,溶解法去除PMMA模板后得到以微孔为主的多孔TiO2微米球,若再对其进行水热处理,则样品中大部分微孔转变为中孔,得到以中孔为主的多孔TiO2微米球.水热处理后,样品结晶度好,热稳定性高,比表面积为138 m2·g-1,对亚甲基蓝(MB)的光催化降解效果较好,光照40min后降解率达到97.4%.     

Fe3O4纳米微球的溶剂热法合成及其对二甲酚橙的催化降解研究

以FeCl3·6H2O为单一铁源、1,2-丙二醇为还原剂和溶剂、尿素为均相沉淀剂、顺丁烯二酸为添加剂,通过简单一步溶剂热法于160℃制备出了形貌均一、单分散性好、尺寸约为200 nm的Fe3O4纳米微球。所制备的Fe3O4纳米微球不仅具有很高的磁化强度,而且在利用过氧化氢氧化降解二甲酚橙(XO)的过程中显示出很好的催化活性。紫外可见分光光度法考察表明,不加入Fe3O4催化剂时,1 h内双氧水对二甲酚橙的脱色率仅为6.2%,而加入Fe3O4纳米微球后,双氧水对二甲酚橙的脱色率在1 h内即可达到100%,循环使用10次后,Fe3O4纳米微球仍保持高的催化活性和结构稳定性。     

氟化改性TiO2空心微球的制备及光催化性能

以钛酸四丁酯为钛源、氢氟酸为氟源、乙醇为溶剂,采用溶剂热法合成了氟化改性的TiO2空心微球,并利用XRD、FESEM、FTIR、XPS等手段对氟化TiO2微球的晶体结构、形貌、分子基团以及元素形态等性质进行了表征,同时将TiO2微球应用于光催化降解甲基橙溶液。结果表明:氟化TiO2空心微球由奥斯瓦尔德熟化过程获得,其中TiO2以锐钛矿存在,氟以化学吸附态存在于TiO2的表面,形成≡Ti-F基团。相比纯TiO2,氟化TiO2空心微球光催化活性有很大提高,对初始浓度为20 mg·L-1的甲基橙溶液进行光催化降解30 min,其降解率达到98%。氟化改性TiO2空心微球光催化活性的提高是源于TiO2独特的空心微球结构以及TiO2表面≡Ti-F基团的存在。TiO2表面≡Ti-F基团有很强的吸电子能力,抑制了光生电子与空穴的复合,同时有利于羟基自由基的产生。     

负偏压下（Ni-Mo）/TiO2膜电极光电催化降解罗丹明B的性能和机理

用复合电沉积方法制备了(Ni-Mo)/TiO2薄膜电极,以扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman Spectra)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)对薄膜的表面形貌、晶相结构和光谱特性进行了表征,在负偏压和可见光作用下,以罗丹明B为模拟污染物研究了薄膜的光电催化性能.采用电化学技术和向溶液中加入活性物种捕获剂的方法对薄膜光电催化降解机理进行了探索.结果表明:(Ni-Mo)/TiO2薄膜是由粒径为50～100 nm的TiO2纳米粒子相和纳米晶Ni-Mo固溶体相构成的复合薄膜.薄膜具有较高的光电催化活性,在-0.4 V偏压和可见光照射下反应60 min,复合薄膜光电催化罗丹明B(c=5 mg/L)的降解率是多孔TiO2(P25)/ITO纳米薄膜的1.56倍.复合薄膜电极中Ni-Mo纳米晶合金对溶解氧和激发电子还原反应的催化作用是光电催化降解活性提高的重要原因.通过调节外加偏压,可以控制电极溶液界面间染料与活性氧化物种的存在形式及其相互作用,是研究可见光催化降解反应历程的有效方法.在负偏压和可见光作用下,羟基自由基和染料正离子自由基对染料的光电催化降解有决定性作用.     

酵母菌模板法制备CeO2空心微球及其光催化性能

以酵母菌为生物模板辅助沉淀法制备了CeO₂空心微球。采用傅里叶转换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和氮气吸附-脱附等对样品进行了表征,结果表明,在600 ℃煅烧后得到了CeO₂空心微球,其形态与酵母菌一致为椭球体,球壳是由大小约为25 nm的CeO₂纳米颗粒组成,比表面积为22 m²·g^-1,远大于未用模板制备的CeO₂微粒的比表面积。通过紫外-可见漫反射测定,得到CeO₂空心微球的禁带宽度为3.03 eV,相比于相同条件下合成的无模板CeO₂禁带宽度(3.42 eV)明显减小。室温下用模拟太阳光照射降解酸性橙7(AO 7)对样品的光催化性能进行了测试,结果表明,在照射120 min之后降解率能达到96%以上,降解效果明显高于未使用模板的CeO₂微粒。对CeO₂空心微球的形成机理进行了分析。