纳米TiO2光催化剂改性研究进展

TiO2光催化活性高,化学稳定性好,绿色环保及价廉等特点,在污水处理、有机污染物降解、催化制氢、抗菌抗癌及自清洁等方面有巨大的应用前景。然而TiO2半导体禁带宽,光谱范围小,光量子效率低等问题限制了其光催化性能。文章综述了TiO2光催化剂优化改性的研究进展,系统分析了TiO2半导体的结构特征与作用机理,以及TiO2光催化过程的影响因素,着重介绍了TiO2光催化剂多元优化改性方法的优势及不足,最后对未来发展新型TiO2基光催化剂提出了建议。     

SiO2负载的TiO2光催化剂可见光催化降解染料污染物

 采用酸催化溶胶-凝胶法制备了SiO2负载的TiO2光催化剂,考察了制备条件对负载型TiO2光催化剂的晶相、结构、比表面积和可见光催化活性的影响. 结果表明,采用SiO2为载体时,TiO2以纳米颗粒的形态分散在载体表面,负载型TiO2/SiO2催化剂的比表面积大、等电点低而且热稳定性能良好. 偶氮染料酸性橙7的可见光催化降解实验结果表明,染料污染物在催化剂表面的吸附是影响催化剂可见光催化活性的重要因素. 与试剂TiO2样品相比,负载型TiO2/SiO2光催化剂具有更好的光催化活性和沉降性能.     

可磁分离的氮掺杂二氧化钛光催化剂的制备及光催化性能

将氮掺杂二氧化钛和通过液相催化相转化制备的磁性载体混合、煅烧制备了一种可磁分离的光催化剂TiO2-xNx/SiO2/NiFe2O4(TSN), 这种光催化剂显示出了典型的铁磁性和可见光活性(λ>400 nm). 对该光催化剂的XRD谱图和透射电镜照片进行分析. 结果表明, SiO2/NiFe2O4(SN)纳米粒子黏附在TiO2-xNx聚集体的表面形成了TSN复合光催化剂. 利用光催化降解甲基橙的效果来评价这种光催化剂的活性. 结果表明, 在NiFe2O4和TiO2-xNx之间包覆一层无定形的SiO2, 可以显著地提高催化剂的脱色效果.     

纳米TiO2的负载化及其在环境光催化中的应用

纳米TiO2的负载化及其在环境光催化中的应用;纳米TiO2光催化剂;负载化;环境光催化;综述     

Sm2O3掺杂TiO2光催化剂的制备和性能

 采用溶胶-凝胶法制备了Sm2O3掺杂TiO2光催化剂,通过X射线衍射、程序升温脱附和漫反射紫外-可见光谱等手段对催化剂进行了表征,并以苯酚为光催化降解反应模型化合物考察了光催化剂的活性,测定了苯酚在TiO2和Sm2O3掺杂TiO2光催化剂上的吸附常数. 结果表明,Sm2O3掺杂TiO2光催化剂具有较强的紫外光吸收性能. Sm2O3掺杂使TiO2粒径减小,比表面积增大,同时导致氧脱附温度提高及脱氧量增大. Sm2O3掺杂有利于反应底物在催化剂表面的吸附,Sm2O3的最佳掺入量为Sm/Ti摩尔比=0.8%.     

La2O3掺杂TiO2光催化剂的制备和性能

采用溶胶-凝胶法制备了La2O3掺杂TiO2纳米光催化剂，并通过XRD、TEM、BET和XPS等手段进行了表征．掺入La2O3后，阻止了TiO2从锐钛矿晶型向金红石晶型的转变，使TiO2的粒径减小，比表面积增大．以甲基橙为光催化降解反应模型化合物，考察了光催化剂的活性．测定了甲基橙在纯TiO2和La2O3掺杂TiO2光催化剂上的吸附常数．考察了pH、H2O2对降解性能的影响．讨论了光催化活性与催化剂性质的关系．     

以膨胀珍珠岩为载体的漂浮型TiO2光催化剂降解水面浮油

 以膨胀珍珠岩为载体制备了漂浮负载型TiO2光催化剂,并对制备催化剂的工艺条件及水面浮油的光催化降解过程进行了初步研究．通过扫描电镜分析及BET比表面积和TiO2负载量测定,对影响负载型光催化剂漂浮性能的因素进行了分析．以癸烷为水面模拟污染物,考察了其在日光照射下的降解效率．用气相色谱法测定了经不同时间光照后癸烷的残留量,经7h光照后能降解癸烷95％以上．实验结果表明,以膨胀珍珠岩为载体,可制得能长期漂浮于水面的负载型TiO2光催化剂,通过浮油富集和光催化降解机制可对水面浮油进行有效的治理．     

非TiO2光催化剂去除气态VOCs

本文综述了近年来非TiO₂光催化剂降解气态挥发性有机物（VOCs）的研究现状。对一些有代表性的新型光催化剂,如金属氧化物、宽带隙p区金属氧化物/氢氧化物、钙钛矿类、尖晶石类、铋系化合物、钒系化合物等的结构与光催化性能之间的关系进行分析。另外,本文从VOCs初始浓度、流速、光源、光强、温度、湿度等光催化反应的工艺条件出发,概述了工艺参数对VOCs废气净化效果影响的研究进展;并对目前非TiO₂光催化剂研究中存在的主要问题进行总结并展望。     

碳修饰二氧化钛纳米管的制备及其光催化性能研究

本文以钛酸丁酯为前躯体,蔗糖为碳源,采用溶胶-凝胶法和水热法相结合的方法制备了不同含量碳修饰的TiO2纳米管光催化剂(C/TiO2NTs)。通过元素分析(EA)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、N2吸附-脱附和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-vis-DRS)等手段对所制备的催化剂进行了表征分析。研究了C/TiO2NTs在紫外光及模拟日光条件下光催化降解甲基橙溶液的活性,并讨论了焙烧温度和碳含量对催化性能的影响。结果表明:碳修饰催化剂中的TiO2为锐钛矿型,碳修饰后使TiO2光催化剂的禁带宽度变窄,在可见光区吸收增强,可有效提高TiO2在紫外和可见光下的光催化活性,而且当焙烧温度为400℃,碳含量为0.90wt.%时,其光催化活性最好。     

溶胶-凝胶法制备复合MxOy-TiO2光催化剂

以无机盐TiCl4为原料制备TiO2溶胶,并利用溶胶胶粒修饰法制备SiO2 TiO2、ZrO2 TiO2、WO3 TiO3、MoO3 TiO2及Pt/TiO2光催化剂,用于光催化氧化甲醛反应,考察添加物对 催化剂光催化性能的影响.其中,SiO2 TiO2催化剂的光催化氧化降解甲醛性能最好,而MoO3 TiO2的催化性能最差.SiO2 TiO2催化剂优良的光催化性能可归于SiO2 TiO2催化剂的高 比表面积,高空隙率,小晶粒粒径和强吸光性能等性质的综合影响.     

半导体复合TiO2纳米光催化剂

对近年来利用半导体复合TiO2纳米光催化剂进行了介绍。总结了复合TiO2纳米光催化剂的制备、复合物的种类、光催化机理以及影响半导体复合TiO2光催化性能的因素。     

TiO2/AC复合光催化剂对苯和丁醛的气相光催化降解机理

 利用溶胶-凝胶并水热处理法制备了TiO2光催化剂和TiO2/AC复合光催化剂,在静态光催化反应器中研究了苯和丁醛的气相吸附和光催化降解,利气相色谱分析确定了生成的中间体. 结果表明, TiO2/AC复合光催化剂比TiO2光催化剂具有较强的吸附能力和较高的光催化活性; 在TiO2和TiO2/AC上,苯(或丁醛)光催化降解产生相同的中间体,表明在两种催化剂上发生的光催化反应遵循相同的机理,进而讨论了其可能的光催化氧化途径.     

稀土掺杂TiO_2光催化剂的制备及产氢性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了稀土掺杂的系列光催化剂RE/TiO2(La/TiO2,Eu/TiO2,Y/TiO2,Pr/TiO2,Nd/TiO2,Sm/TiO2,Gd/TiO2),XRD晶相结构表征分析表明稀土离子的掺杂有效抑制了TiO2晶粒的增长。分别考察了不同酸、醇为牺牲剂时RE/TiO2对光催化产氢性能的影响。实验结果表明:以乙醇为牺牲剂时,稀土的掺杂均提高了光催化产氢性能;以乙酸为牺牲剂时,只有铕和镧的掺杂提高了光催化活性。以La/TiO2为光催化剂,甲醇、乙醇和正丙醇为牺牲剂,光催化产氢活性顺序为:乙醇甲醇正丙醇;以Eu/TiO2为光催化剂,以甲酸、乙酸和丙酸为牺牲剂,光催化产氢活性依次为:甲酸丙酸乙酸;因此,牺牲剂的选择对光催化产氢活性有重要的影响。     

二氧化钛纳米材料的非均相光催化本质及表面改性

非均相光催化过程是指多相多尺度体系在光辐射作用下发生的一个复杂的催化过程,被认为最有潜力解决环境污染和能源短缺问题的绿色及可再生的技术之一。在目前已经报道的各种非均相光催化剂中, TiO2纳米材料被证实是应用最广泛、光催化效果最好的催化剂,是当前国际材料、环境和能源等领域的研究前沿和热点,高性能TiO2基光催化材料的设计及改性一直是该领域的难点,其关键问题主要为：如何增强TiO2的表面光催化量子效率、促进光生载流子分离和拓展其可见光响应范围。尽管已经有很多关于TiO2光催化的综述,但大多综述集中在高性能TiO2的制备及各种改性策略研究,而对各种改性策略与光催化分子机理之间的关系阐述较少。为此,本文深入分析了TiO2纳米材料的非均相光催化本质并总结了各种表面改性策略。首先从热力学角度阐明TiO2的热力学能带能够确保其实现各种典型光催化反应(包括光催化降解、CO2还原及光解水),证实其广泛应用的可行性。然后,对TiO2光生载流子的动力学基础进行总结,证实快速的广生载流子复合以及较慢的表面化学反应动力学是限制其光催化活性提高的关键制约性因素。于此同时,对TiO2纳米材料的表面Zeta点位、超亲水性、超强酸光催化剂制备(表面羟基取代)等重要的表面化学性质也进行了详细阐述。从而可以初步得出如下结论：表面改性是设计高性能TiO2光催化材料的重中之重,并将各种改性策略浓缩在6个方面：表面掺杂和敏化,构建表面异质结,负载纳米助催化剂,增加可利用的比表面剂,利用表面氟效应以及暴露高活性晶面等。显然,表面掺杂和敏化可以减小TiO2纳米材料的禁带宽度,从而大幅拓宽其可见光吸收范围及光催化效率。而构建紧密的表面异质结可以创建界面电场,不仅可以促进光生电荷分离效率,而且可以有效提高界面电荷转移效率,最终实现异质结的高光催化效率。负载纳米助催化剂则可以大幅加快表面化学反速率,降低光生载流子的表面复合并增加其利用率,并有可能减少不期望的表面逆反应,从而实现光催化活性提升。增加可利用的比表面剂,可以有效提升光催化剂与吸附质之间的有效接触面积,缩短了载流子的传输距离以及通过多次反射与折射提升光能的利用率,从而全方位地提升TiO2纳米材料的光催化活性。对TiO2纳米材料表面进行氟化,可以增加光生羟基自由基的速率以及浓度,并可以通过调节TiO2表面酸碱性而控制其光催化选择性,从而实现高效高选择性光催化。最后,通过暴露TiO2纳米材料的高活性晶面,也可以促进光生载流子分离、增加吸附性能或羟基自由基生成速率,从而获得高光催化效率。另外,这些表面改性策略的协同效应仍是较有前景的TiO2纳米光催化剂改性技术,值得深入研究。同时,深入的光催化分子机理探索仍然是必须的,其不仅有助于发现影响TiO2纳米材料光催化活性提高的关键性制约因素,而且也可以指导开发新型的TiO2纳米光催化剂改性技术。总而言之,通过总结TiO2纳米材料在光催化、表面化学及表面改性等方面的重要进展,可为设计高效的TiO2基及非TiO2基光催化剂并应用于太阳燃料生产、环境修复、有机合成及相关的领域(如太阳能电池、热催、分离和纯化)等提供新的思路。     

TiO2/AC复合催化剂光催化降解气相1,2-二氯苯

以商品活性炭(AC)为载体, 采用溶胶-凝胶法制备不同比表面积和TiO2负载量不同的光催化剂(TiO2/AC). 用氮吸附、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等表征方法, 获得了所制备的TiO2/AC性能参数; 并通过降解气相1,2-二氯苯(1,2-DCBz)的实验研究了TiO2/AC催化剂的光催化氧化性能, 主要考察参数包括催化剂使用量、比表面积、气相1,2-DCBz浓度等对光催化氧化的影响. 结果表明: 负载于AC上的TiO2颗粒粒径为10 nm左右, TiO2颗粒负载在大比表面积的载体AC上有利于光催化降解气相1,2-DCBz. 通过比较商用P25和自制TiO2/AC光催化剂对气相1,2-DCBz的降解效果, 证明了AC吸附作用和TiO2光催化降解的协同作用使TiO2/AC光催化剂对气相1,2-DCBz的降解效率有较显著的提高.     

SO42-/TiO2-WO3光催化氧化邻硝基苯酚

采用不同浓度的硫酸溶液浸渍处理TiO2-WO3,制得不同SO42-/TiO2-WO3光催化剂.考察了光催化剂对邻硝基苯酚溶液的光催化行为.发现SO42-/TiO2-WO3的光催化活性高于TiO2-WO3的光催化活性,浸渍液中H2SO4的浓度对SO42-/TiO2的催化活性有一定的影响,H2SO4溶液的最佳浓度为0.2 mol/L,最佳焙烧温度为550℃.最佳WO3的掺杂量w(WO3)为3%.催化降解过程符合一级动力学规律.     

掺杂Yb的TiO2光催化剂的制备和性能

采用溶胶-凝胶法制备了Yb掺杂TiO2纳米光催化剂,并通过XRD和BET等手段进行了表征.以对苯二甲酸作为探针分子,结合化学荧光技术研究了光催化剂表面羟基自由基的生成;并以苯酚为光催化降解反应模型化合物,考察了光催化剂的活性.测定了苯酚在TiO2和Yb掺杂TiO2光催化剂上的吸附常数.结果表明:Yb掺杂使TiO2的粒径减小,比表面积增大,同时导致羟基自由基的生成速率增大.Yb掺杂有利于反应底物在催化剂表面的吸附,Yb的最佳掺入量为Yb/Ti摩尔比=0.8%.     

新型复合电极对偶氮染料分子的光催化降解

介绍了具有合成H2O2和光催化性能的双功能新型复合电极,并用X射线衍射、扫描电镜等方法进行了表征.双功能复合电极是将TiO2光催化剂负载在活性碳(AC)和具有合成H2O2性能的新型载体空气电极上形成的.在复合电极作阴极的光反应器中,* OH和TiO2光催化剂的存在实现了光化学氧化与光催化氧化在同一电极/溶液界面上的联合作用.实验结果表明,复合电极对提高偶氮染料分子活性艳红(K-2BP)的氧化降解速度起了重要作用,仅反应3 min,脱色率可达49%;反应80 min,偶氮染料分子COD去除率可达47%.     

二氧化钛纳米材料的非均相光催化本质及表面改性（英文）

非均相光催化过程是指多相多尺度体系在光辐射作用下发生的一个复杂的催化过程,被认为最有潜力解决环境污染和能源短缺问题的绿色及可再生的技术之一.在目前已经报道的各种非均相光催化剂中,TiO2纳米材料被证实是应用最广泛、光催化效果最好的催化剂,是当前国际材料、环境和能源等领域的研究前沿和热点,高性能TiO2基光催化材料的设计及改性一直是该领域的难点,其关键问题主要为:如何增强TiO2的表面光催化量子效率、促进光生载流子分离和拓展其可见光响应范围.尽管已经有很多关于TiO2光催化的综述,但大多综述集中在高性能TiO2的制备及各种改性策略研究,而对各种改性策略与光催化分子机理之间的关系阐述较少.为此,本文深入分析了TiO2纳米材料的非均相光催化本质并总结了各种表面改性策略.首先从热力学角度阐明TiO2的热力学能带能够确保其实现各种典型光催化反应(包括光催化降解、CO2还原及光解水),证实其广泛应用的可行性.然后,对TiO2光生载流子的动力学基础进行总结,证实快速的广生载流子复合以及较慢的表面化学反应动力学是限制其光催化活性提高的关键制约性因素.于此同时,对TiO2纳米材料的表面Zeta点位、超亲水性、超强酸光催化剂制备(表面羟基取代)等重要的表面化学性质也进行了详细阐述.从而可以初步得出如下结论:表面改性是设计高性能TiO2光催化材料的重中之重,并将各种改性策略浓缩在6个方面:表面掺杂和敏化,构建表面异质结,负载纳米助催化剂,增加可利用的比表面剂,利用表面氟效应以及暴露高活性晶面等.显然,表面掺杂和敏化可以减小TiO2纳米材料的禁带宽度,从而大幅拓宽其可见光吸收范围及光催化效率.而构建紧密的表面异质结可以创建界面电场,不仅可以促进光生电荷分离效率,而且可以有效提高界面电荷转移效率,最终实现异质结的高光催化效率.负载纳米助催化剂则可以大幅加快表面化学反速率,降低光生载流子的表面复合并增加其利用率,并有可能减少不期望的表面逆反应,从而实现光催化活性提升.增加可利用的比表面剂,可以有效提升光催化剂与吸附质之间的有效接触面积,缩短了载流子的传输距离以及通过多次反射与折射提升光能的利用率,从而全方位地提升TiO2纳米材料的光催化活性.对TiO2纳米材料表面进行氟化,可以增加光生羟基自由基的速率以及浓度,并可以通过调节TiO2表面酸碱性而控制其光催化选择性,从而实现高效高选择性光催化.最后,通过暴露TiO2纳米材料的高活性晶面,也可以促进光生载流子分离、增加吸附性能或羟基自由基生成速率,从而获得高光催化效率.另外,这些表面改性策略的协同效应仍是较有前景的TiO2纳米光催化剂改性技术,值得深入研究.同时,深入的光催化分子机理探索仍然是必须的,其不仅有助于发现影响TiO2纳米材料光催化活性提高的关键性制约因素,而且也可以指导开发新型的TiO2纳米光催化剂改性技术.总而言之,通过总结TiO2纳米材料在光催化、表面化学及表面改性等方面的重要进展,可为设计高效的TiO2基及非TiO2基光催化剂并应用于太阳燃料生产、环境修复、有机合成及相关的领域(如太阳能电池、热催、分离和纯化)等提供新的思路.     

可见光催化水解制氢催化剂概述

实现太阳光光催化水解制氢一直被各国学者认为是最终解决能源和环境问题的最佳途径。有效地实现可见光催化水解制氢技术的关键在于光催化材料的制备及其改性。本文简要介绍了光催化水解制氢的发展现状、存在的困难及如何提高光分解水的效率,重点评述了现阶段研究比较多的光催化材料—TiO2类光催化剂、新型碳材料光催化剂、含氮或硫的光催化材料、双光子系统光催化材料。最后,结合现有的光催化水解现状对其未来的发展趋势及今后该领域的研究重点进行了展望。