氮掺杂二氧化钛薄膜的光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了氮掺杂Ti O2薄膜;利用X射线光电子能谱仪、紫外-可见光谱仪表征了所制备的薄膜的化学状态和光吸收性能;并考察了可见光照射下薄膜的亲水性能和光催化性能.结果表明:N通过取代部分O的方式进入到Ti O2薄膜中,且掺杂后在可见光区的光吸收增强;最优条件下,Ti O2-xNx薄膜的接触角由31°降到12°,亲水化速度常数为0.018,可见光照射3 h,亚甲基蓝的降解率达到45%.     

微波助离子液体中Y掺杂TiO_2光催化剂制备及微波强化光催化活性

在微波助离子液体介质中制备稀土元素Y掺杂改性TiO_2光催化剂,以提高催化剂的光催化降解活性,用XRD、SEM和BET等测试手段对催化剂结构进行表征;以甲基橙溶液和苯酚溶液为模拟污染物,分别在紫外光照(UV)和微波辐射-紫外光照(MW-UV)条件下考察TiO_2-Y催化剂的光催化活性;以对苯二甲酸作为荧光探针利用荧光技术检测TiO_2-Y催化剂表面所产生的羟基自由基,并对光催化降解反应进行动力学分析,探索了光催化降解反应机理.实验结果表明,通过优化反应条件后制得的TiO_2-Y催化剂具有较高光催化活性和热稳定性,在UV和UV-MW条件下降解甲基橙和苯酚溶液1.5h后,甲基橙降解率分别为98.3%和99.5%,苯酚降解率分别为97.5%和98.2%.荧光光谱分析表明,TiO_2-Y在MW-UV条件下产生的羟基自由基比UV条件下要多,因而微波辐照具有强化TiO_2-Y降解模拟污染物的作用;反应动力学数据分析表明,TiO_2-Y光催化降解甲基橙溶液反应呈现一级反应动力学规律,其表观速率常数K最大值为0.051 9min-1.     

溶胶-凝胶及水热法制备掺杂铁、铬离子的二氧化钛光催化剂

通过溶胶 凝胶法结合水热处理制备了掺杂铁或铬离子的纳米尺寸锐钛矿型TiO₂光催化剂.用XRD、BET、TEM、EPR和UV VisDRS对样品进行了系列表征.在对活性偶氮染料XRG的降解中,可见光激发下适量掺杂的TiO₂呈现出优于纯TiO₂和P25的活性,同时掺杂并未降低其在紫外光激发下的活性.     

具可见光活性的氮掺杂二氧化钛光催化剂

以氮掺杂为代表的非金属掺杂型TiO₂光催化剂被誉为“第二代光催化材料”。本文首先系统评述了氮掺杂二氧化钛的制备方法,然后详细阐述了在N掺杂TiO₂研究中关于其可见光活性机制以及掺杂N在TiO₂晶格中的存在状态等方面的争议。N掺杂TiO₂粉末的制备方法主要有氨气气氛下的热处理工艺、水解沉淀法、溶胶－凝胶法以及机械化学法等;N掺杂TiO₂薄膜的制备方法主要包括磁控溅射法、脉冲激光沉积法以及金属有机化学气相沉积法等。已提出的关于N掺杂TiO₂可见光活性机制的观点有N2P与O2P能级相杂化、形成N 2p孤立能态、氧空位的作用以及具顺磁性特征的杂质敏化。关于掺杂N在TiO₂晶格中存在状态的分歧在于XPS N 1s谱中特征峰的位置及其归属的解析。文章最后指出了氮掺杂二氧化钛催化剂研究中有待解决的问题及今后的发展方向。     

硅胶负载氯掺杂二氧化钛光催化剂的水热制备与光催化活性评价

利用水热法, 以硅胶为载体, 以Ti(SO4)2为钛源, NaCl为氯源制备了具有良好性能的硅胶负载氯掺杂二氧化钛(CTS)光催化剂, 考察了氯投加量、焙烧温度及钛硅比对光催化活性的影响. 结果表明, 氯投加量为15% (nCl/nTi)、钛硅物质的量比为3:1、焙烧温度为750 ℃时制备的CTS具有最佳的光催化活性, 其比表面积为60.8 m2·g-1. CTS中的硅胶除了作为载体, 还起到了促进锐钛矿二氧化钛的生成并抑制其向金红石相转变的作用; 氯掺杂二氧化钛(CT)经硅胶负载后, 其表面孔结构发生了变化, 并且热稳定性增加. 苯酚降解实验表明, 与CT相比, CTS以0.7740 g·g-1的二氧化钛含量具有更高的光催化活性.     

微波超声强化银掺杂TiO_2催化剂光催化活性的研究

在[Bmim]PF6离子液体介质中,用溶胶凝胶-微波干燥法制备银掺杂TiO_2光催化剂TiO_2-Ag.以甲基橙为有机污染物,用微波超声组合仪分别在微波(MW)、紫外(UV)、紫外-微波(UV-MW)和超声-紫外-微波(UT-UV-MW)4种条件下降解甲基橙溶液,考察银掺杂对催化剂降解甲基橙的影响,以提高催化剂光催化性能.分别用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、热重-差示扫描量热分析(TG-DSCDTG)、固体紫外可见分析(Uv-vis)和红外分析(IR)对TiO_2-Ag催化剂进行测试表征.结果表明,优化条件下制备TiO_2-Ag催化剂在UV、UV-MW和UT-UV-MW条件下降解甲基橙35 min后,甲基橙的降解率分别为88.05%、93.98%和99.84%;降解甲基橙55min后,甲基橙的降解率分别为98.79%、99.05%和99.90%.在UTUV-MW条件下降解25min后,降解率接近100%.表明TiO2-Ag催化剂具有较高的光催化降解活性,微波超声协同作用加快光催化降解反应进行.催化剂的结构分析表明,银掺杂抑制了二氧化钛晶相的转变,使相变温度升高,稳定性增强;同时,催化剂向可见光区扩宽了光响应范围,提高了量子效率,从而光催化性能得以提高.     

In离子掺杂二氧化钛纳米管可见光催化活性的研究

采用两步预掺杂方法制备出In离子掺杂二氧化钛纳米管可见光催化剂. 可见光催化降解对氯苯酚实验证明: 掺杂In离子量为3%的TiO2纳米管可见光活性最高, 是纯TiO2纳米管的2倍以上. X射线衍射(XRD), X光电子能谱(XPS)和表面光电压谱(SPS)结果表明: 当In离子掺杂浓度较小时, In离子取代晶格Ti的位置形成InxTi1－xO2取代式掺杂结构. In离子的掺杂能级与Ti离子的3d轨道形成混合价带, 使禁带宽度变窄, 增强了可见光响应. 随着In离子掺杂浓度的增加, 同时在InxTi1－xO2纳米管表面生成In2O3, 形成InxTi1－xO2/In2O3纳米管复合结构. 该复合结构有效地增加可见光响应, 促进了光生载流子的分离, 提高了光生载流子在固/液界面参加光催化反应的利用率, 使纳米管催化剂可见光催化活性显著提高.     

N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列的掺杂机理及其光催化活性

以ZnO纳米柱阵列为模板, 采用溶胶-凝胶法制备出TiO2/ZnO和N掺杂TiO2/ZnO的复合纳米管阵列. 扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)的结果表明: 两种阵列的纳米管均为六角形结构, 直径约为100 nm, 壁厚约为20 nm; 在N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列中, 掺入的N离子主要是以N-Ox、N-C和N-N的形式化学吸附在纳米管表面, 仅有少量的N离子以取代式掺杂的方式占据TiO2晶格O的位置; 表面N物种形成的表面态能级和取代式掺杂导致带隙的窄化, 增强了纳米管阵列的光吸收效率, 促进了光生载流子的分离. 光催化实验结果表明, N离子的掺杂有利于N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列光催化活性的提高.     

Zr离子掺杂TiO2可见光催化剂光催化活性的研究

本文采用溶胶-凝胶法制备了Zr离子掺杂TiO₂光催化剂。光催化降解对氯苯酚实验表明,Zr离子掺杂浓度为10%时活性最高,其紫外光、可见光催化活性分别是纯TiO₂的1.5倍和4倍。利用XRD、Raman、XPS、UV-Vis DRS、PL等技术对样品进行了表征,结果表明：Zr离子以取代式掺杂方式进入TiO₂晶格,在TiO₂导带下方形成掺杂能级,增强了可见光响应,促进了光生载流子的分离,此外Zr离子掺杂在催化剂表面引入大量表面缺陷,增加了表面羟基物种,从而使得Zr离子掺杂TiO₂光催化剂的紫外、可见光催化活性显著提高。     

碳掺杂的二氧化钛纳米管的制备及其可见光催化性能

以尿素作为碳元素前驱体对TiO2纳米管进行掺杂,采用比表面积测定、X射线衍射、透射电子显微镜、能量色散X射线荧光光谱、X射线光电子能谱、固体漫反射紫外-可见吸收光谱和荧光光谱对产物进行了表征。 结果表明,以尿素作为前驱体可制备C掺杂的TiO2纳米管,C掺杂后,TiO2纳米管的可见光催化活性明显提高。 此外,研究了C掺杂量、煅烧温度、催化剂用量和pH值对TiO2纳米管光催化降解活性的影响,发现当C的掺杂量为5.3%、催化剂用量为1.5 g/L、溶液的pH值为5时,在其催化作用下,可见光光照3 h后罗丹明B的降解率可达到91%。     

铂非均匀掺杂二氧化钛薄膜的光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了铂非均匀掺杂的二氧化钛薄膜, 并用UV-vis分光光度计及电化学工作站表征了薄膜的光吸收性能和光电化学行为, 通过对甲基橙的光催化降解动力学来表征催化剂的光催化活性. 结果表明 Pt非均匀掺杂可以明显增强二氧化钛的光催化活性, 而均匀掺杂的效果较差; Pt非均匀掺杂的最佳量为0.3 mol%. 催化剂薄膜的电化学行为显示: Pt非均匀掺杂二氧化钛薄膜的开路电压高, 交流阻抗小. 并从半导体的PN结原理探讨了Pt非均匀掺杂二氧化钛的催化活性机理.     

高度有序的二氧化钛纳米管阵列的制备及其光催化活性的研究

采用电化学阳极氧化法在钛表面构筑了一种结构有序、微米级的TiO₂纳米管阵列膜层. 考察了制备电压、氧化时间、溶液搅拌等实验参数对TiO₂纳米管阵列形貌和尺寸的影响. 应用SEM和XRD对膜层的形貌和晶型进行了分析和表征, 并通过TiO₂纳米管阵列膜对甲基橙的光催化降解, 研究了TiO₂纳米管阵列膜层结构与光催化活性的关系. 结果表明: 阳极电压和溶液搅拌对制备TiO₂纳米管阵列的结构起到关键的作用. 控制20 V电压制备的TiO₂纳米管阵列膜, 管长达2.6～3.3 μm, 经500 ℃热处理后具有最高的光催化活性, 其光催化性能明显优于一般的TiO₂纳米颗粒膜.     

Si掺杂TiO2催化剂的结构与可见光催化活性研究

采用溶胶-凝胶法制备出Si⁴⁺离子掺杂的TiO₂可见光催化剂 (TiO₂-xSi),该催化剂的可见光催化活性高于纯TiO₂和N掺杂的TiO₂(TiO₂-N).利用XRD、XPS、FT-IR和UV-Vis DRS等表征技术,研究了TiO₂-xSi催化剂的晶体结构、能带结构和表面性质.研究发现:掺入Si⁴⁺离子在TiO₂粒子表面主要形成Ti-O-Si结构,并在导带下0.2-0.6 eV区域形成表面态能级,该表面态能级的存在是催化剂产生可见光响应、实现可见光催化的根本原因.另外,讨论了Si⁴⁺离子的掺杂对金红石相和晶粒的生长抑制作用,以及催化剂的比表面积和表面羟基物种增加对可见光催化活性的影响.     

Preparation,Characterization and Photocatalytic Activity of Lanthanum Doped Mesoporous Titanium Dioxide

Lanthanum doped mesoporous titanium dioxide photocatalysts with different La content were synthesized by template method using tetrabutyltitanate (Ti(OC₄H₉)₄) as precursor and Pluronic P123 as template. The catalysts were characterized by thermogravimetric dif-ferential thermal analysis, N₂ adsorption-desorption measurements, X-ray diffraction, and UV-Vis adsorption spectroscopy. The effect of La³⁺ doping concentration from 0.1% to 1% on the photocatalytic activity of mesoporous TiO₂ was investigated. The characterizations indicated that the photocatalysts possessed a homogeneous pore diameter of about 10 nm with high surface area of 165 m²/g. X-ray photoelectron spectroscopy measurements in-dicated the presence of C in the doped samples in addition to La. Compared with pure mesoporous TiO₂, the La-doped samples extended the photoabsorption edge into the visible light region. The results of phenol photodecomposition showed that La-doped mesoporous TiO₂ exhibited higher photocatalytic activities than pure mesoporous TiO₂ under UV and visible light irradiation.     

Photocatalytic Activity of TiO2 Nanofibers with Doped La Prepared by Electrospinning Method

La‐TiO₂ nanofibers are prepared by a sol‐gel assisted electrospinning method. The structure and morphology of La‐TiO₂ nanofibers are characterized by X‐ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). XRD analysis shows that the weight percentage of anatase and rutile in the 1.5 mol% La‐TiO₂ nanofibers calcined at 600 °C is about 8:2, which is similar to P‐25. The XRD data of La‐TiO₂ nanofibers with different La content shows that La³⁺ dopant has a great inhibition on TiO₂ phase transformation. The photocatalytic activity of the as‐prepared La‐TiO₂ nanofibers is evaluated by photocatalytic decolorization of Methylene Blue (MB) aqueous solution. The results show that the 1.5 mol% La‐TiO₂ nanofibers calcined at 600 °C exhibit high photocatalytic activity, indicating that 600 °C and 1.5 mol% are the appropriate calcination temperature and optimal molar ratio of La to Ti, respectively.     

On the Origin of the Visible‐Light Activity of Titanium Dioxide Doped with Carbonate Species

Plane‐wave‐based pseudopotential density functional theory (DFT) calculations are used to elucidate the origin of the high photocatalytic efficiency of carbonate‐doped TiO₂. Two geometrically possible doping positions are considered, including interstitial and substitutional carbon atoms on Ti sites. From the optical absorption properties calculations, we believe that the formation of carbonates after doping with interstitial carbon atoms is crucial, whereas the contribution from the cationic doping on Ti sites is negligible. The carbonate species doped TiO₂ exhibits excellent absorption in the visible‐light region of 400–800 nm, in good agreement with experimental observations. Electronic structure analysis shows that the carbonate species introduce an impurity state from Ti 3d below the conduction band. Excitations from the impurity state to the conduction band may be responsible for the high visible‐light activity of the carbon doped TiO₂ materials.