TiO2/YFeO3复合光催化剂的制备、表征及其对气相苯的降解

利用共沉淀法和柠檬酸法制备YFeO3, 并以其为载体, 将TiO2溶胶负载在其表面, 制备了复合光催化剂TiO2/YFeO3. 在紫外灯的照射下, 考察对气相苯的降解效果并利用N2吸附、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、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)、UV-Vis漫反射光谱等手段对催化剂进行了表征. 结果表明, 以共沉淀法制备的YFeO3为载体的复合催化剂, 180 min内苯的降解率达到44.7%, 表现出更好的光催化活性. 两种方法制备的YFeO3均为斜方晶相, TiO2分散在载体的表面, 并与YFeO3存在一定的相互作用; 两种复合催化剂均具有较窄的带隙能.     

TiO2/YFeO3复合光催化剂的制备、表征及其对气相苯的降解

利用共沉淀法和柠檬酸法制备YFeO3并以其为载体,将TiO2溶胶负载在其表面,制备了复合光催化剂TiO2/YFeO3.在紫外灯的照射下,考察对气相苯的降解效果并利用N2吸附、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、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)、UV-Vis漫反射光谱等手段对催化剂进行了表征.结果表明,以共沉淀法制备的YFeO2为载体的复合催化剂,180 min内苯的降解率达到44.7%,表现出更好的光催化活性.两种方法制备的YFeO3均为斜方晶相,TiO2分散在载体的表面,并与YFeO3存在一定的相互作用;两种复合催化剂均具有较窄的带隙能.     

TiO2/LaFeO3微纳米纤维的可控制备及光催化性能简

利用静电纺丝技术及水热合成法制备了TiO2/LaFeO3异质结构. 采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),X射线衍射(XRD),傅里叶变换红外(FTIR)光谱和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)等手段对TiO2/LaFeO3微纳米纤维的结构和表面形态进行表征. 通过亚甲基蓝(MB)光降解反应研究了其光催化性能. 结果表明,不完全碳化TiO2纤维表面的缺陷位点是LaFeO3纳米粒子的有利生长点. TiO2/LaFeO3异质结材料的带隙明显窄于TiO2,光催化活性得到提高;经140 min紫外光照射后,TiO2/LaFeO3异质结催化剂对MB的降解率为65.34%,分析和探讨了其光催化机理.     

三维有序大孔复合材料Bi2O3/TiO2制备与多模式下光催化降解结晶紫

以TiO2为基体,在聚苯乙烯(PS)胶球和EO20PO70EO20(P123)两种模板剂作用下通过溶胶-凝胶及煅烧后处理方法制备了三维有序大孔纳米复合材料Bi2O3/TiO2.经傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、X-射线衍射(XRD)、等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)、X-射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和N2吸附-脱附等物理测试手段对其组成、结构、形貌及表面物理化学性能进行了表征.结果表明,该复合材料晶型结构良好,孔结构排列整齐有序,孔壁呈介孔结构,属于三维有序大孔材料(3DOM).与TiO2相比,3DOM-Bi2O3/TiO2对光的吸收至少红移60 nm,且红移至可见区.在紫外光、可见光以及微波辅助等多模式光催化降解结晶紫的实验中,复合材料3DOM-Bi2O3/TiO2表现出良好的光催化活性,其活性明显高于P25、Bi2O3和Bi2O3/TiO2.同时,该复合材料针对不同类型的染料均表现出较好的紫外光降解效果,且3次循环实验后,依旧保持较高活性.     

Gd-N共掺杂SrTiO3/TiO2复合纳米纤维制备及光催化性能

以静电纺丝技术制备的TiO_2纳米纤维为基质和反应物,结合一步水热法制得Gd-N共掺杂SrTiO_3/TiO_2复合纳米纤维光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)和荧光光谱(PL)等方法对其微观结构、形貌和光学性能进行表征。结果表明:SrTiO_3和TiO_2形成异质结能够使光生电子和空穴得到很好的分离,而Gd-N共掺杂产生新带隙,可以拓宽光谱响应范围至可见光区,并引起晶格缺陷,成为光生电子-空穴对的浅势捕获阱。Gd-N共掺杂与异质结的协同作用有效提高了SrTiO_3/TiO_2复合纳米纤维的可见光催化活性。     

微波辅助溶剂热合成In-Si共改性TiO2的增强光催化性能

利用微波辅助溶剂热法合成了In-Si 共改性的TiO₂ 光催化剂. 粉末X 射线衍射（XRD）、激光拉曼（Raman）光谱、N₂吸脱附（BET）、X射线光电子能谱（XPS）、光致发光（PL）光谱和紫外-可见漫反射光谱（UV-VisDRS）等实验表明,尽管掺杂和改性后TiO₂结晶度略有降低,但不影响光催化剂锐钛相的形成. Si 掺杂入TiO₂晶格使颗粒变小,比表面积变大. In 不能进入TiO₂晶格,在TiO₂表面形成了In₂O₃. 罗丹明B（RhB）降解实验显示,In-Si 共改性TiO₂表现出很高的紫外和可见光催化活性,Si：In：Ti 的摩尔比为0.03：0.02：1 的样品（IST-2）光催化活性最高,紫外光下3 min 即可将RhB降解完全,可见光下120 min RhB降解率为97%,这是由材料的高表面积,In₂O₃-TiO₂复合半导体之间高效电荷转移及染料敏化等共同作用所致. 对于苯酚,光催化降解则相对缓慢,700 min内尚不能降解完全.     

掺杂Fe2O3对吸附相反应技术制备TiO2的形貌和光催化性能的影响

利用吸附相反应技术制备得到了掺杂不同浓度的Fe₂O₃的TiO₂复合光催化剂。通过透射电子显微镜(TEM)、紫外可见光谱和X射线衍射(XRD)研究不同掺杂浓度对TiO₂形貌和结晶过程的影响,并利用3种波长光源下的甲基橙光降解实验考评了各个复合光催化剂的催化活性。结果表明,掺杂后复合光催化剂中Fe₂O₃分散性较好较均匀。在TiO₂紫外可见吸收光谱中由于Fe₂O₃的掺杂而出现了红移,而且随着掺杂浓度增加红移越来越明显,复合光催化剂的禁带宽度也越来越小。在焙烧过程中无定形Fe₂O₃或Fe³⁺进入了TiO₂的晶格结构,从而抑制了TiO₂的结晶过程。半导体禁带宽度的减少以及TiO₂结晶过程的抑制作用,都导致紫外光下复合光催化剂催化活性的降低。但Fe₂O₃的掺杂也使得复合光催化剂在可见光区出现了一定的光催化活性。     

火焰辅助热解方法制备Ag_2O/TiO_2及其光催化制氢性能

以钛酸丁酯和硝酸银为前驱体,采用一步火焰辅助热解法制备了Ag_2O/TiO_2光催化剂并研究了样品在紫外-可见光照射下的光催化制氢性能。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)对样品进行了表征。XRD结果表明TiO_2均为锐钛矿晶型,Ag的引入对XRD结果无明显影响。SEM图显示未修饰的TiO_2是微球形貌,随着引入Ag含量的增加,微球减少直至消失。通过XPS分析和化学沉淀法表明样品中Ag的存在形式为Ag_2O。UV-Vis DRS测试发现引入Ag后提高了样品的光吸收。前驱体中Ag的量影响样品的光催化活性,最高的光催化制氢的活性可以达到相同条件下的P25的15倍。对光催化反应后的样品进行分析,认为在光催化过程中部分Ag_2O通过光生电子转化为Ag形成Ag/TiO_2,进一步提高光催化制氢活性。     

火焰辅助热解方法制备Ag2O/TiO2及其光催化制氢性能

以钛酸丁酯和硝酸银为前驱体,采用一步火焰辅助热解法制备了Ag₂O/TiO₂光催化剂并研究了样品在紫外-可见光照射下的光催化制氢性能。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）和紫外-可见漫反射吸收光谱（UV-Vis DRS）对样品进行了表征。XRD结果表明TiO₂均为锐钛矿晶型,Ag的引入对XRD结果无明显影响。SEM图显示未修饰的TiO₂是微球形貌,随着引入Ag含量的增加,微球减少直至消失。通过XPS分析和化学沉淀法表明样品中Ag的存在形式为Ag₂O。UV-Vis DRS测试发现引入Ag后提高了样品的光吸收。前驱体中Ag的量影响样品的光催化活性,最高的光催化制氢的活性可以达到相同条件下的P25的15倍。对光催化反应后的样品进行分析,认为在光催化过程中部分Ag₂O通过光生电子转化为Ag形成Ag/TiO₂,进一步提高光催化制氢活性。     

TiO2纳米纤维无纺布的制备及光催化性能研究

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为配位剂与钛酸正丁酯(Ti(C₄H₉O)₄)反应制得前驱体，再以乙醇为溶剂，CH3COOH作为催化剂，采用静电纺丝法制得PVP/TiO₂复合纳米纤维，经550 ℃、700 ℃和900 ℃焙烧后分别得到以锐钛矿型的TiO₂为主、以金红石型TiO₂为主和完全金红石晶型的TiO₂纳米纤维。对所制得的纳米纤维的结晶度、纯度和形貌，分别采用差热-热重分析(TG-DTA)、红外光谱(IR)、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等进行了表征。光降解苯酚水溶液的实验结果表明，550 ℃下煅烧得到的以锐钛矿占主体的TiO₂纳米纤维，2 h使浓度为50 mg·L^-1苯酚水溶液的降解率超过85%，这充分说明这种TiO₂电纺纳米纤维具有良好的光催化性能。     

Cu掺杂TiO2及其纳米管的制备、表征与光催化性能

通过溶胶-凝胶法和水热法制备了Cu掺杂TiO₂纳米粉末及其纳米管,并通过XRD、TEM、FE-SEM、EDS、UV-Vis/DRS等手段分析了样品的结构。发现以Cu掺杂TiO₂纳米粉末为水热反应原料制备的纳米管中不含Cu,对其原因进行了分析讨论并通过Zn掺杂TiO₂纳米粉末证实：以金属掺杂TiO₂纳米粉末为原料,通过水热法制备TiO₂纳米管中不含有相应金属离子,这是由于金属离子在强碱水热条件下形成金属配离子,使金属离子溶解于水中而不能形成金属掺杂TiO₂纳米管。对所得样品进行了光催化性能测试,发现：Cu掺杂TiO₂粉末的光催化产氢效率为0.75 μmol·(g·h)^-1,高于由其本身及P25通过水热法制备的TiO₂纳米管(分别为：0.42 μmol·(g·h)^-1,0.25 μmol·(g·h)^-1)的光催化产氢效率。     

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。     

溶剂热氧化少层Ti3C2 MXene制备二维TiO2/Ti3C2复合光催化剂

为了改善TiO_2光催化剂光生电子-空穴对复合率高、太阳光利用率低的缺陷,采用溶剂热法控制氧化剥离的少层Ti_3C_2MXene(DL-Ti_3C_2),制备TiO_2/DL-Ti_3C_2复合光催化剂,并通过降解罗丹明B溶液,研究其光催化性能。结果表明,TiO_2/DL-Ti_3C_2复合光催化剂能有效吸收可见光,且光催化性能明显优于DL-Ti_3C_2和P25。当溶剂热氧化温度为160℃时,复合材料具有最佳的光催化性能。当氧化温度过低时,催化剂中形成的TiO_2量不足,产生的光生电子-空穴对数量较少,导致催化剂性能较差;当氧化温度过高时,DL-Ti_3C_2减少,降低了材料导电性,光生电子-空穴对复合效率高,导致催化剂性能变差。因此,通过改变DL-Ti_3C_2的氧化温度,可以调控TiO_2/DL-Ti_3C_2复合材料中TiO_2和DL-Ti_3C_2的相对含量,使二者产生协同作用提高复合光催化剂的可见光催化活性。     

金红石相TiO2纳米棒的氢化处理及其光催化活性

以钛酸四丁酯为钛源,通过盐酸调制的水热法制备出了具有棒状结构的金红石相纳米TiO₂,并进一步进行高温氢化处理. 采用X射线衍射（XRD）,透射电镜（TEM）,紫外-可见-近红外漫反射（UV-Vis-NIR DRS）,电子顺磁共振（EPR）和表面光伏（SPS）等测试手段对样品进行表征,以气相乙醛和液相苯酚为目标污染物考察催化剂的光催化活性. 结果表明：随着高温氢化处理时间的延长,TiO₂样品的可见光吸收逐渐增强,其颜色逐渐由白色转变成灰色,这主要与引入的Ti³⁺/氧空位缺陷有关. 表面光电压谱和羟基自由基测试表明,适当时间的氢化处理有利于光生电荷的分离. 在光催化氧化降解气相乙醛和液相苯酚过程中,经适当时间氢化处理的样品表现出高的可见光催化活性. 并且可见光催化活性的规律与紫外光下的是一致的. 这是因为氢化处理后在导带底下方引入了缺陷能级,拓展了可见光响应. 过度的氢化处理会在TiO₂导带下方引入较低的缺陷能级,使光生电荷的复合加剧,导致光催化活性降低.     

TiO_2光催化失活复活特性与表面NO_3~-浓度的关系

以乙醛作为活性标的,通过人为控制表面附着NO3-浓度,检测TiO2对乙醛的吸附能力和光催化降解能力,得出了TiO2光催化失活复活特性和表面附着NO3-浓度的定量关系。结果表明,表面附着NO3-浓度达到4.24wt%时,光催化降解能力降低50%;表面附着NO3-浓度达到10.50wt%时,TiO2的吸附能力降低50%;通过溢流状态下水洗2h,可除去98%的表面附着NO3-,使TiO2光催化活性复活。     

Dependence of nitrogen doping on TiO2 precursor annealed under NH3 flow

N-doped TiO₂ photocatalysts were prepared by annealing two different precursors, P25 and a TiO₂ xerogel powder under NH₃/Ar flow at 500, 550, and 600 °C. The xerogel powder prepared by peptizing Ti(OH)₄ with HNO₃ was composed of nanoparticles and had large specific surface area. During the annealing process, the xerogel powder underwent increase in crystallinity, grain growth and phase transformation, whereas P25 did not show obvious changes. Compared with the N-doped TiO₂ photocatalysts from P25, the N-doped TiO₂ photocatalysts from the xerogel powder possessed higher concentrations of the substitutional nitrogen and exhibited more obvious absorption in the visible light region. The N-doped TiO₂ photocatalysts from the xerogel powder exhibited obvious visible-light activities for photodegrading methylene blue and the sample prepared at 500 °C achieved the best performance with a rate constant (k) about 0.44 h⁻¹, whereas those from P25 did not exhibit improved visible-light activities.     

太阳光活性的ZnTiO3 /TiO2纳米复合催化材料的制备及其表征

通过溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备了ZnTiO3/TiO2纳米复合光催化剂,利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见光谱(UV-Vis)、红外光谱(FTIR)和ζ电位等技术进行了表征。以亚甲基蓝(MB)的降解为模型反应,考察了煅烧条件对复合材料光催化性能的影响。结果表明:600℃下焙烧3 h时所得样品具有最佳的光催化效果。如太阳光下7 h可使MB溶液的脱色降解率达92.9%,而TiO2的催化脱色率仅为68.9%;该催化剂还具有良好的稳定性能,重复使用5次后仍能保持MB溶液的脱色降解率在80%以上,且该催化剂易于离心分离去除。样品的结构缺陷-氧空位和TiO2-ZnTiO3相结与其催化性能有密切关系。     

电纺丝-气相沉积法制备碳包覆TiO_2纳米纤维及其光催化行为的研究

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶胶/钛酸正丁酯为前躯体,以静电纺丝法制备了PVP/Ti(OC4H9)4纤维。550℃下,空气氛中焙烧双组分纤维,得到直径60～300nm的TiO2纳米纤维。继而以气相沉积法制得碳包覆TiO2纳米纤维。用红外吸收光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等对纳米纤维进行了表征。与TiO2纳米纤维、TiO2纳米粉体相比,气相沉积法制备的碳包覆TiO2纳米纤维在光分解亚甲基蓝上表现出更好的催化性能。     

TiO2纳米管阵列覆盖Si薄膜光催化还原CO2性能的研究

本工作采用CVD法在阳极氧化TiO2纳米管阵列膜表面沉积一层非晶Si膜,通过退火后得到晶化了的Si膜/TiO2纳米管阵列的复合结构,并初步就其光催化还原CO2制备碳氢化合物的活性进行研究。拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、高分辨透射电子显微镜(TEM)等微结构表征结果表明所制备的TiO2纳米管阵列的厚度为270 nm左右,管直径约为70 nm,管壁厚度约为16 nm。覆盖的Si膜已晶化,其厚度约为300 nm。通过高效液相色谱(HPLC)及总有机碳(TOC)来检测光催化还原液相产物中的甲酸及总有机碳含量,发现负载Si膜后的TiO2纳米管阵列光催化性能有所提高,在装有400cut滤光片氙灯照射2 h下TOC含量从21.2 mg.L-1增长到29.5 mg.L-1,表明Si与TiO2的复合可有效的提高光催化还原CO2的活性,这可能与该异质结结构可增加对光的吸收并且可降低光生空穴-电子对复合有关。光催化循环实验表明所制得的催化剂在循环5次后仍可保持91.6%的催化活性。     

双介孔结构的纳米TiO2/I2复合材料的制备及其可见光催化性能

以钛酸丁酯为前驱体, 碘溶胶为碘源, 在室温下采用水解沉淀法制备了单质碘和纳米TiO₂复合的双介孔结构光催化剂(M-I₂-TiO₂). 采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、比表面分析(BET)、紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱和傅里叶变换-红外光谱(FT-IR)对M-I₂-TiO₂进行了表征. 以次甲基蓝(MB)溶液为模拟废水, 对M-I₂-TiO₂的光催化性能进行了评价, 研究了不同热处理温度对光催化活性的影响. 结果表明, M-I₂-TiO₂在可见光区有显著的吸收, 300 ℃热处理得到的样品比表面积高达227.6 m²/g, 600 ℃热处理所得样品的比表面积仍高达111.8 m²/g, 而400 ℃热处理所得样品具有最好的光催化降解性能. 双介孔结构纳米TiO₂/I₂复合材料的光催化降解性能显著高于相同方法制备的纯TiO₂和Degussa P-25商业产品. 催化剂经6次重复使用其光催化活性基本保持不变.