铂修饰的稀土掺杂TiO2的光催化制氢活性

采用溶胶-凝胶浸渍法和光沉积法制备了系列Pt/RE/TiO₂纳米光催化剂, 通过XRD和电化学等手段进行了表征. 以甲醛为电子给体, 考察了光催化剂在紫外光照射下的制氢活性. 稀土掺杂提高了Pt/TiO₂光催化制氢活性, 其顺序分别为La/TiO₂＞Sm/TiO₂＞Eu/TiO₂＞Dy/TiO₂＞Er/TiO₂. 掺入稀土元素后, 阻止了TiO₂从锐钛矿晶型向金红石晶型的转变, 这是光催化剂活性提高的原因之一. 计算晶格畸变应力e数据表明, Ti^4＋可能反掺入了表面稀土氧化物的晶格中. 电化学实验表明稀土掺杂TiO₂的平带电位负移, 其原因可解释为晶格畸变促使费米能级升高, 导致催化剂导带的平带电位负移, 因此导带上被激发电子具有更强的还原能力, 从而有利于光催化制氢活性的提高.     

高度分散的Pt/TiO2的制备及光催化活性

用柠檬酸作为空穴捕获剂和分散剂, 在温和条件下用光催化还原法将3 nm金属铂沉积在7 nm的锐钛矿相及介孔二氧化钛纳米晶表面. TEM观察显示铂的负载量为w＝1.0%时, 多数二氧化钛纳米晶表面沉积了岛状的铂团簇, XPS和电子衍射结果表明铂以游离态存在. 负载w＝1.0%～2.0%铂的TiO₂在苯酚光氧化反应中活性显著提高. Pt/TiO₂在氨气中经550 ℃氮化, 可制得氮掺杂的Pt/TiO₂可见光光催化剂, 氮化过程中铂团簇没有烧结和显著长大.     

Ti3+自掺杂的TiO2(A)/TiO2(R)/In2O3纳米异质结的制备与可见光催化性能

以TiCl₃和InCl₃为Ti源和In源,在不使用还原剂的条件下,首先通过液相沉淀反应制备前驱体沉淀,然后采用后续水热处理制备Ti³⁺自掺杂的TiO₂(A)/TiO₂(R)/In₂O₃纳米异质结,考察了水热处理温度对材料结构和性能的影响。利用X射线衍射、透射电子显微镜、X射线光电子能谱和紫外-可见漫反射光谱对样品进行表征。分别以罗丹明B和苯酚溶液为模拟废水评价了样品的可见光催化降解性能。结果表明,与纯的TiO₂、In₂O₃以及Ti³⁺自掺杂的TiO₂相比,Ti³⁺自掺杂的TiO₂(A)/TiO₂(R)/In₂O₃纳米异质结在可见光区有明显的吸收,并具有良好的可见光催化降解性能,200℃下水热处理24 h所得样品光催化降解罗丹明B的反应速率常数(0.0444 min^-1)分别是纯TiO₂和In₂O₃的17.76倍和8.71倍。瞬态光电流时间响应结果表明样品的光催化性能主要来源于TiO₂(A)/TiO₂(R)/In₂O₃纳米异质结导致的提高的光生电子和空穴分离效率。     

TiO2晶相对MnOx/TiO2催化剂催化NO氧化性能的影响

以浸渍在不同晶相TiO₂ （金红石型（R）、锐钛矿型（A）和P25型（P））上的锰基催化剂为对象,研究了TiO₂晶相对MnO_x/TiO₂催化剂催化NO氧化活性的影响。 结果表明,MnO_x/TiO₂（P）催化剂活性最高,NO转化率在300℃及GHSV = 20000 h^-1条件下可达83%。 各催化剂活性顺序为MnO_x/TiO₂（P）>MnO_x/TiO₂（A）>MnO_x/TiO₂（R）。采用X射线粉末衍射、场发射扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、H₂程序升温还原和O₂程序升温脱附等手段研究了TiO₂晶相影响MnO_x/TiO₂催化剂催化活性的作用机理。结果表明,相比于A和R型TiO₂,P型TiO₂能够增加MnO_x在其表面的分散度并抑制催化剂颗粒的团聚和粘连,且更有利于Mn₂O₃的生成,而后者催化NO氧化活性比其它MnO_x更高;此外,P型TiO₂可以增加MnO_x尤其是Mn₂O₃的还原性,并可促进O₂^-从M³⁺-O键的脱附。     

基于铜基底的TiO2纳米管阵列储锂性能

研究了基于铜基底的TiO₂纳米管阵列直接作为锂离子电池电极的储锂性能。以铜基底上生长的Cu(OH)₂纳米棒阵列为模板, 采用自牺牲模板法, 通过外向包覆与内向刻蚀, 制备了非晶态的TiO₂纳米管阵列, 然后将其在500℃下退火处理4 h, 获得锐钛矿型TiO₂纳米管阵列。采用X射线衍射、场发射扫描电镜、透射电镜、热重分析对样品进行表征;采用恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗谱测试对退火前后TiO₂纳米管阵列的电化学性能进行研究。结果表明:与非晶态的TiO₂纳米管阵列相比, 锐钛矿型TiO₂纳米管阵列吸附水的含量低, 结晶度高, 电荷迁移阻力小, 锂离子扩散系数大, 结构稳定, 具有更好的循环性能和倍率性能;在0.2 C下, 其首次放电比容量为353 mAh·g^-1, 经过40次循环后的放电比容量仍为243 mAh·g^-1, 在8C下的放电比容量为90 mAh·g^-1。     

TiO2/Gd2O3纳米粉体的制备、表征及光催化活性

利用酸催化的溶胶-凝胶法制备了纯TiO₂和Gd³⁺(0.5wt%)掺杂的TiO₂纳米粉体，采用XRD、BET、XPS、紫外-可见漫反射谱(DRS)和表面光电压谱(SPS)等技术进行了表征；以亚甲基蓝(MB)的光催化降解为探针反应，评价了其光催化活性；探讨了Gd³⁺掺杂对TiO₂纳米粉体的光催化活性的影响机制。结果表明，TiO₂/Gd₂O₃纳米粒子对MB溶液的光催化活性提高到纯TiO₂的1.5倍。掺杂Gd³⁺可以强烈抑制TiO₂由锐钛矿相向金红石相的转变；阻碍TiO₂晶粒的生长；提高高温组织稳定性，改善粉体的表面织构特性；形成光生电子的浅势捕获陷阱，抑制e^-/h⁺复合，这些因素共同作用最终导致TiO₂/Gd₂O₃纳米粉体的光催化活性明显提高。XPS分析结果证实，掺杂Gd³⁺导致粉体的表面羟基含量降低。由于产生了量子尺寸效应，复合粉体的紫外吸收带边蓝移，光的吸收能力略有降低。     

富氧条件下 Mn/ZSM-5 选择催化 CH4 还原 NO

 考察了富氧条件下 Mn/ZSM-5 催化剂上 CH₄ 选择催化还原 NO 反应, 并采用 H2程序升温还原、SO2程序升温表面反应和 NO程序升温脱附等手段对催化剂进行了表征. 结果表明, 催化剂活性与制备方法和 Mn 负载量密切相关. 离子交换法制备的 Mn/ZSM-5 催化剂活性明显优于浸渍法制备的催化剂; NO 转化率随着 Mn 负载量的增加而增加, 至 2.06% 时达到最大值 (57.3%), 然后随着 Mn 负载量的增加而降低. 采用离子交换法或较低 Mn 负载量 (≤ 2.06%) 抑制了催化剂中非化学计量的 MnO_x (1.5 < x < 2) 物种的形成, 减缓了 CH₄ 的氧化燃烧反应, 因而 CH₄ 还原 NO 的选择性提高. 在含 SO₂ 体系中, Mn/ZSM-5 活性在 550 ^oC 以下时明显下降, 但在 600 ^oC 以上基本不受影响. 这是由于在 550 ^oC 以下时 SO₂ 在 Mn/ZSM-5 表面形成了稳定的吸附硫物种, 覆盖了部分活性位, 导致催化剂活性降低; 而在 600 ^oC 以上时含硫物种基本脱附完全, 因而对催化剂活性影响不大.     

SO42-改性后的TiO2(锐钛和/或金红石)表面上MoO3的分散性质研究

采用红外(IR)、拉曼(Raman)、X-射线衍射(XRD)、程序升温还原(TPR)等方法考察了经硫酸根改性后的金红石(SR)与锐钛矿(SA)的混合比例变化时的负载型催化剂，MoO₃ / TiO₂(SR+SA)，的一些物理化学性质(如活性组分MoO₃的分散行为、表面酸碱性、氧化还原性)的变化规律。结果表明：对于MoO₃ / TiO₂(SR+SA)样品，低含量MoO₃表面分散时倾向于优先与混合载体中的改性金红石(SR)发生作用；TiO₂载体表面SO₄^2-的存在，使得载体表面产生了新的酸性位，导致样品中表面分散的钼物种主要以聚合八面体状态存在。     

氟掺杂TiO2纳米管的可见光催化活性及第一性原理计算

作为光催化技术的核心, 提高TiO₂的光催化活性和对可见光的利用率是当前光催化研究中最重要的研究课题. 为了提高TiO₂纳米管的可见光催化活性, 采用化学气相沉积法对TiO₂纳米管进行了氟掺杂. 扫描电子显微镜(SEM)结果表明退火温度对于TiO₂纳米管的形貌完整性有较大影响, 当样品在550和700 °C下退火, 氟掺杂TiO₂纳米管结构受损; X射线衍射(XRD)分析表明氟掺杂对TiO₂由锐钛矿相转化为金红石相有阻碍作用; X射线光电子能谱(XPS)测试表明化学气相沉积能有效地对TiO₂纳米管进行非金属掺杂, 且该方法安全、操作简单. 氟掺杂TiO₂纳米管对甲基橙有较高的可见光催化降解活性. 第一性原理计算结果表明氟掺杂对TiO₂带隙无显著影响, 费米能级附近的F 2p轨道电子位于价带底部, 与O 2p交联作用较小, 因此对TiO₂光吸收带边影响不大. 氟掺杂能促进表面氧空穴的产生, 增加表面酸度与Ti³⁺, 有利于减少电子-空穴复合率, 从而提高其光催化活性.     

偏硼酸锶催化剂光催化还原CO2合成CH4

采用溶胶-凝胶法制备出偏硼酸锶(SrB₂O₄)光催化剂. 紫外光催化还原CO₂合成CH₄(在液相水中)的实验证明: SrB₂O₄催化剂的光催化活性略高于TiO₂(P25). 利用X射线电子衍射谱(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、荧光(PL)光谱和紫外-可见(UV-Vis)漫反射吸收光谱等技术, 研究了SrB₂O₄ 催化剂的晶体结构、形貌和能带结构. 结果表明: SrB₂O₄ 的价带为2.07 V (vs normalhydrogen electrode (NHE)), 低于(H₂O/H⁺)的氧化还原电位E_redox^o (0.82 V (vs NHE)); 而导带为-1.47 V (vsNHE), 高于(CO₂/CH₄)的氧化还原电位E_redox^o (-0.24 V (vs NHE)). 因此, SrB₂O₄催化剂可以有效地光催化还原CO₂生成CH₄. 与TiO₂(P25)相比, SrB₂O₄催化剂具有相对较高导带, 光生电子的还原能力强于TiO₂(P25), 更有利于CH₄的生成, 从而决定了SrB₂O₄催化剂光催化还原CO₂合成CH₄具有较高的光催化活性.     

电镀法制备Pt/TiO2纳米管电极及其电催化析氢性能

采用阳极氧化法制备得到锐钛矿型二氧化钛(TiO₂)纳米管阵列,在其表面通过电镀法沉积Pt,得到了低铂的Pt/TiO₂纳米管电极(Pt/TiO₂-NTs)。通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜对其进行形貌表征后发现,Pt较为均匀地分布于TiO₂纳米管阵列中。进一步的电催化析氢结果表明,Pb/TiO₂-NTs在10 m A·cm^-2时,过电位为0.079 V,塔菲尔斜率为42.7 m V·dec^-1,较Pt/TiO₂致密膜电极(Pt/TiO₂-F)以及商业Pt/C催化剂显示了更为优异的催化活性。同时,在长循环稳定性测试(3 000个周期)中,Pb/TiO₂-NTs相较于上述2种对比电极显示了更为优异的稳定性。     

组合型Pt/TiO_2催化剂用于低温催化甲苯完全氧化

将均匀分布的纳米Pt粒子直接吸附到TiO2载体上,即制得了组合型Pt/TiO2催化剂(Pt/TiO2-AS).与浸渍法制备的Pt/TiO2催化剂(Pt/TiO2-WI)比较,Pt/TiO2-AS催化剂在催化甲苯完全氧化反应中表现出了很好的催化性能,甲苯转化率为100%时的反应温度低至150°C,而且即使在较高甲苯浓度和较高气体空速下,该催化剂也能保持较好的催化性能.通过X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附(BET)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温还原(H2-TPR)及傅里叶变换红外(FTIR)光谱等对两种Pt/TiO2催化剂的结构和表面性能进行了表征.结果表明组合型Pt/TiO2-AS催化剂粒径小(2.5 nm),活性组分主要以Pt0形式存在且分布在载体表面,而且载体表面Ti―O键活化使催化剂具有较强的催化氧化能力.另外,活性中心的价态变化(Pt0→Ptδ+)是导致Pt/TiO2-AS催化剂失活的主要原因.     

Pt deposited TiO2 catalyst fabricated by thermal decomposition of titanium complex for solar hydrogen production

C, N codoped TiO₂ catalyst has been synthesized by thermal decomposition of a novel water-soluble titanium complex. The structure, morphology, and optical properties of the synthesized TiO₂ catalyst were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and UV–vis diffuse reflectance spectroscopy. The photocatalytic activity of the Pt deposited TiO₂ catalysts synthesized at different temperatures was evaluated by means of hydrogen evolution reaction under both UV–vis and visible light irradiation. The investigation results reveal that the photocatalytic H₂ evolution rate strongly depended on the crystalline grain size as well as specific surface area of the synthesized catalyst. Our studies successfully demonstrate a simple method for the synthesis of visible-light responsive Pt deposited TiO₂ catalyst for solar hydrogen production.     

燃料电池铂钴锰合金催化剂的制备及性能

为提高PtCo/C合金催化剂的电化学性能,采用微波法合成铂钴锰催化剂前驱体,经高温热处理形成合金,最后通过酸处理得到铂钴锰合金催化剂(PtCoMn/C)。电化学测试结果表明:适量锰的添加可提升PtCo/C催化剂的活性和耐久性。PtCoMn/C催化剂在 0.9 V(vs RHE)电压下的质量比活性(MA)达到 0.666 A·mg_Pt^-1,是传统 Pt/C 的 2.66 倍,是 PtCo/C 催化剂的 1.30 倍。在30 000圈催化剂加速耐久性测试中,PtCoMn/C合金催化剂的电化学活性面积(ECSA)和质量比活性(MA)仅下降6.9%和27.1%,均远低于Pt/C催化剂。     

Carbon/titanium oxide supported bimetallic platinum/iridium nanocomposites as bifunctional electrocatalysts for lithium-air batteries

Platinum (Pt) and iridium (Ir) catalysts are well known to strongly enhance the oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) kinetics, respectively. Pt–Ir-based bimetallic compounds along with carbon-supported titanium oxides (C–TiO₂) have been synthesized for the application as electrocatalysts in lithium oxygen batteries. Transition metal oxide-based bimetallic nanocomposites (Pt–Ir/C–TiO₂) were prepared by an incipient wetness impregnation technique. The as-prepared electrocatalysts were composed of a well-dispersed homogenous alloy of nanoparticles as confirmed by X-ray diffraction patterns and Fourier transform scanning electron microscopy analyses. The electrochemical characterizations reveal that the Pt–Ir/C–TiO₂ electrocatalysts were bifunctional with high activity for both ORR and OER. When applied as an air cathode catalyst in lithium-air batteries, the electrocatalyst improved the battery performance in terms of capacity, reversibility, and cycle life compared to that of cathodes without any catalysts.     

燃料电池铂钴锰合金催化剂的制备及性能

为提高PtCo/C合金催化剂的电化学性能,采用微波法合成铂钴锰催化剂前驱体,经高温热处理形成合金,最后通过酸处理得到铂钴锰合金催化剂(PtCoMn/C)。电化学测试结果表明:适量锰的添加可提升PtCo/C催化剂的活性和耐久性。PtCo Mn/C催化剂在0.9 V(vs RHE)电压下的质量比活性(MA)达到0.666 A·mg_Pt^-1,是传统Pt/C的2.66倍,是PtCo/C催化剂的1.30倍。在30 000圈催化剂加速耐久性测试中,PtCoMn/C合金催化剂的电化学活性面积(ECSA)和质量比活性(MA)仅下降6.9%和27.1%,均远低于Pt/C催化剂。     

Polyelectrolyte brushes as efficient platform for synthesis of Cu and Pt bimetallic nanocrystals onto TiO2 nanowires

A Cu–Pt nanoparticle catalyst supported on TiO₂ nanowires (NWs) was prepared through regenerative counterion exchange–reduction using polyelectrolyte brush as template. Cationic polydimethyl aminoethyl methacrylate brushes were grafted onto TiO₂ NWs. Cu–Pt nanocrystals were produced by anionic counterions CuCl₄^2? and PtCl₆^2? bound with the polymer brush through in situ reduction with NaBH₄ of high density and low polydispersity. The as‐prepared TiO₂ NWs/polymer brush/Cu–Pt was characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FT‐IR spectrometry), X‐ray photoelectron spectroscopy, transmission electron microscopy, and UV–Vis adsorption spectrometry analyses. Results showed that the highly dispersed Cu and Pt nanoparticles were present on the surface of the TiO₂ NWs/polymer brush. The resultant TiO₂ NWs/polymer brush/Cu–Pt exhibited extremely high catalytic activity and reduced p‐nitrophenol at room temperature. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

Pt/porous-IrO2 nanocomposite as promising electrocatalyst for unitized regenerative fuel cell

Pt/porous-IrO₂ composite as bifunctional oxygen electrocatalyst for unitized regenerative fuel cell has been prepared by chemical reduction of Pt on porous IrO₂ which is obtained via template-removal method. X-ray diffraction and transmission electron microscopy characterizations indicate that the Pt nanoparticles (ca. 4.4 nm) are deposited on both internal and external sites of porous IrO₂ nanoparticles. Electrochemical analyses show that the activity toward oxygen evolution reaction on Pt/porous-IrO₂ catalyst is 28% (at 1.55 V) higher than that on Pt/commercial-IrO₂ catalyst, and the activity towards oxygen reduction reaction on the former is 2.3 times (at 0.85 V) that on the latter. Oxygen reduction on Pt/porous-IrO₂ catalyst follows the first-order kinetics and the four-electron mechanism.     

高活性Au/SnO2催化剂的制备及其在1,4-丁二醇氧化制γ-丁内酯反应中的催化应用

采用沉积沉淀法制备了一系列商业SnO₂负载的纳米Au催化剂, 通过电感耦合等离子体发射光谱、X射线粉末衍射、透射电镜和X射线光电子能谱等方法研究了溶液酸碱性、沉淀剂种类、Au负载量和焙烧温度等对催化剂性质的影响.结果表明, Au的负载量以及催化剂的焙烧温度对Au颗粒状态有较大影响.其中, 于573 K焙烧的3%Au/SnO₂催化剂在1,4-丁二醇氧化制备γ-丁内酯反应中的催化活性最好, TOF值是Au/TiO₂催化剂的15倍.这主要是由于SnO₂载体独特的性质对所负载的Au颗粒的影响.     

Preparation of polyaniline–tin dioxide composites and their application in methanol electro-oxidation

Polyaniline–tin dioxide (PANI-SnO₂) composites were prepared by chemical polymerization method, and characterized by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, and X-ray diffraction. Due to the good stability in diluted acidic solution, PANI-SnO₂ composites were selected as the catalyst support and second catalyst for methanol electro-oxidation. The electrocatalytic properties of the PANI-SnO₂ supported Pt catalyst (Pt/PANI-SnO₂) for methanol oxidation have been investigated by cyclic voltammetry, chronoamperometry, and chronopotentiometry. Under the same loading mass of Pt, the Pt/PANI-SnO₂ catalyst shows higher electrocatalytic activity towards methanol electro-oxidation than Pt/SnO₂ catalyst.