中空Ta2O5/TiO2复合光催化剂的可控氧化制备及性能

以钛粉、钽粉为原料,炭黑作为反应性模板,通过熔盐法在炭黑表面原位生长了TaTiC₂纳米碳化物涂层,并以所得TaTiC₂/C复合物为碳化物前驱体,再经可控氧化制备出中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂。采用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、紫外-可见（UV-Vis）漫反射（DRS）及N₂物理吸附等手段对所制备的光催化剂进行形貌、显微结构及孔结构表征。以高压汞灯为紫外光源,以亚甲基蓝为目标降解物,通过光催化降解实验评价中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂的光催化活性。结果表明,熔盐法生长碳化物涂层厚度均匀（20~30 nm）,碳化物主要以TaTiC₂晶相存在且具有纳米级的颗粒尺寸。中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂同时具有200 nm左右的中空大孔结构及壳层10 nm左右的介孔结构。中空大孔和介孔的存在提高了所制备催化剂对亚甲基蓝的吸附能力。此外,TiO₂与Ta₂O₅通过电子能带结构的耦合,有效提高了光生电子和空穴的分离效率,从而显著提高了光催化活性。n_Ti∶n_Ta=2.5∶1.5时,相应的中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂表现出最佳的光催化活性,对亚甲基蓝的紫外光催化降解率高达97%。     

Ta3N5@Ta2O5的可控制备及可见光催化分解水析氢性能

以水热法制备的Ta_2O_5纳米粒子为前驱体,利用高温氮化技术成功制备了核壳异质结构的Ta_3N_5@Ta_2O_5纳米光催化剂。采用XRD、XPS、TEM、N_2吸附-脱附测试、DRS及电化学测试等分析手段,考察了氮化温度和氮化时间对样品的表面组成、晶粒尺寸、晶面结构、能带结构及载流子分离效率的影响规律。在NH_3气流量50 mL·min~(-1)的条件下,当氮化温度为750℃,控制氮化时间能够对纳米Ta_2O_5样品的带隙结构在3.86~2.08 eV间有效调控,相应地样品逐渐从Ta_2O_5经TaON@Ta_2O_5转化为Ta_3N_5@Ta_2O_5;当氮化时间为3 h,氮化温度由750℃升高到900℃,Ta_3N_5@Ta_2O_5样品的带隙窄化至2.04 eV;当氮化温度为850℃,氮化时间延长至12 h,Ta_2O_5完全氮化为Ta_3N_5,带隙进一步窄化至2.02 eV。经850℃氮化3 h样品,壳层Ta_3N_5界面转化为高活性(110)晶面,光生载流子分离效率最大,在可见光(λ420 nm)照射下光解水析氢活性最高,达21.75μmol·g~(-1)·h~(-1)。     

一锅法制备S型异质结光催化剂Fe2O3/Fe2TiO5及其高效降解有机污染物性能

首次采用简单的一锅法制备了Fe₂O₃/Fe₂TiO₅异质结纳米材料。构建S型异质结后,与纯的Fe₂O₃和Fe₂TiO₅相比,Fe₂O₃/Fe₂TiO₅复合材料表现出更高的光催化降解速率和效率。经过2.5 h的光照后,Fe₂O₃/Fe₂TiO₅可以降解接近100%的亚甲基蓝（MB）。在Fe₂O₃/Fe₂TiO₅复合材料中,Fe₂O₃和Fe₂TiO₅之间形成了内建电场,可以促进光生电子-空穴对的分离。因此,具有更高能量的Fe₂TiO₅导带中的电子和具有更高能量的Fe₂O₃价带中的空穴可以得到有效的保留,从而使它们更加有效地扩散到催化剂表面,并参加降解反应。此外,Fe₂O₃/Fe₂TiO₅复合材料具有很好的光催化稳定性。     

掺钇锆酸锶-TiO2复合光催化剂的制备及性能研究

SrZrO₃ particles were prepared by a co-precipitation method and Sr(Zr_1-xY_x)O_3-δ -TiO₂ composite particles were then synthesized by Sr(Zr_1-xY_x)O_3-δ and titanium dioxide. The composite particles were characterized by XRD, SEM, FTIR and TG-DTA techniques. The photocatalytic degradation of methylene blue (MB) in aqueous solution was used as a probe reaction to evaluate the photocatalytic activity of the composite particles. The effect of the preparation method for SrZrO₃, doping content of yttrium and TiO₂ amount in the composite particles on the photocatalytic activity of composite particles was also discussed. The results show that the methylene blue solution could be completely degraded by Sr(Zr_1-xY_x)O_3-δ -TiO₂ composite particles under UV-light or visible light irradiation. The photocatalytic activity of composite particles was higher than that of pure TiO₂. The fast recombination of photogenerated electrons and holes were restrained by the heterojunction formed in composite particles. The particle of SrZrO₃ prepared by co-precipitation was small, and the photocatalytic activity of composite particles prepared from this kind of SrZrO₃ was higher than that of particles prepared by solid sintering method. The best doping content of yttrium is 5%. The optimal content of TiO₂ in composite particles is 90wt%, 70wt%, respectively under UV-light and visible light irradiation, the degradation rates of MB are 98.8% and 93.5% , respectively after 50 min irradiation.     

V2O5-TiO2复合半导体光催化材料结构及光响应性能研究

采用溶胶凝胶法制备了V₂O₅-TiO₂复合半导体材料，通过Raman、XRD及UV-Vis DRS等实验方法研究了V₂O₅与TiO₂复合对材料表面组成、晶体结构以及光响应性能的影响。结果表明：钒加入后优先与TiO₂作用形成较为稳定的金红石型TiVO₄晶相，其中V⁴⁺是促进TiO₂发生相变的关键；随着钒加入量的增加，V₂O₅由表面高分散状态逐渐聚集形成晶相，并释放部分Ti⁴⁺使之形成锐钛矿型TiO₂晶相，使得体相中金红石型TiO₂的含量有所下降；复合后形成的TiVO₄晶相显著提高了材料对可见光的吸收率，并使其吸光域红移至460 nm左右。     

高比表面TiO2光催化剂的制备及产氢性能研究

以钛酸四丁酯为前驱体，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂合成了高比表面的TiO₂超细纳米粉体。采用XRD、TEM、BET分析方法对催化剂的物相、颗粒粒径及比表面积进行了表征，结果显示TiO₂的晶粒尺寸和比表面积与CTAB添加量和焙烧温度有关。重点考察了不同条件下制备的TiO₂系列光催化剂无氧条件下的光催化分解水产氢性能。实验结果表明，当CTAB与Ti的投料的物质的量之比为0.15，焙烧温度为450 ℃时，获得的晶粒尺寸为5.73 nm、比表面为150 m²·g^-1的TiO₂粉体具有最好的光催化产氢活性，测得的3 h内平均产氢速率为12.5 mL·h^-1。     

g-C_3N_4/CaTi_2O_5复合材料制备及其光催化性能

利用类石墨氮化碳(g-C_3N_4)和亚稳相钙钛氧化物(CaTi_2O_5)固相法制备C_3N_4/CaTi_2O_5复合材料。利用X射线衍射(XRD)、金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)及附带能谱分析仪(EDS)和N2吸附-脱附对样品的显微结构和比表面积进行检测分析,并用紫外-可见吸收光度计(UV-Vis)测试了样品的光吸收性能,研究C_3N_4与CaTi_2O_5物质的量之比(nC_3N_4/nCaTi_2O_5)对C_3N_4/CaTi_2O_5复合样品的物相结构和微观形貌的影响,同时考察C_3N_4/CaTi_2O_5复合样品在可见光照射下光催化降解罗丹明染料效果。实验结果表明:相比纯C_3N_4和CaTi_2O_5样品,C_3N_4/CaTi_2O_5复合样品在可见光下具有较高的光催化性能,随着nC_3N_4/nCaTi_2O_5增加,样品的光催化降解率随之增加而后降低,当nC_3N_4/nCaTi_2O_5=1∶1时,样品的光催化降解率达到最大值99.5%,并且循环重复利用5次后,样品的光催化剂降解率仍几乎保持不变。复合样品光催化性能提高主要归因于复合能级结构有效地抑制了电子和空穴复合所致。     

溶胶-凝胶法低温制备N掺杂TiO2可见光光催化剂

为了满足低温制备可见光光催化材料的需要,采用溶胶-凝胶法制备TiO₂纳米晶溶胶,再与聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)直接反应制备N掺杂TiO₂可见光光催化剂。通过XPS分析,说明N取代了部分晶格中的O,UV-Vis漫反射吸收光谱显示,光催化剂具有明显的可见光响应,这是由于N原子的2p轨道位于O原子的2p轨道之上,从而使得价带和导带间的能量带隙变窄,引起吸收带红移,产生明显的可见光吸收。依靠亚甲基兰(MB)的可见光降解实验证明,N掺杂光催化剂具有良好的可见光光催化活性,16 h MB降解率接近25％。     

CeO2改性Ag-V2O5/TiO2催化剂的甲基吡啶氧化脱甲基性能

以锐钛矿TiO_2为载体,考察了CeO_2改性对Ag-CeO_2-V_2O_5/TiO_2催化3-甲基吡啶氧化脱甲基性能的影响,并优化了催化剂组成与制备条件.结果表明:Ce掺杂改性不仅能够与V物种作用形成Ce VO_4,而且促进V_2O_5分散,改善活性组分的氧化还原性能,从而提高3-甲基吡啶脱甲基转化率与选择性,改善Ag-V_2O_5/TiO_2催化性能.适宜的催化剂组成为V_2O_5负载量15%,Ce/V的摩尔比0.33,Ag质量分数1.0%.过高的焙烧温度将导致TiO_2载体向金红石型转变,Ag-CeO_2-V_2O_5/TiO_2适宜制备条件为450℃焙烧4 h.     

超临界流体干燥法制备纳米TiO2-SnO2-SiO2复合光催化剂及其光催化性能研究

半导体多相光催化法作为一种污染治理新技术越来越受到人们的重视,在所使用的半导体光催化剂中,TiO2以无毒,催化活性高,价廉,无污染等特点,成为最具有前途的绿色环保型催化剂之一[1],但其自身具有局限性,如禁带宽度大,需在近紫外光下才能激发产生电子空穴对,对太阳光的利用率仅     

Ta2O5空心球的制备及光催化性能

采用无皂乳液聚合法合成了粒径为500 nm的聚苯乙烯(PS)球。运用层层自组装技术在PS球表面交替沉积单分子层的TaO3纳米页与聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)多层膜,650℃煅烧除去PS模板和PDDA高分子层后,得到Ta2O5空心球。空心球的直径为500 nm左右,壁厚约10 nm。XRD结果显示该空心球为正交晶系Ta2O5。空心结构显著提高了Ta2O5的光催化活性,在紫外光照射60 min后,Ta2O5空心球降解亚甲基蓝达90%以上,而商品Ta2O5只能降解28%。     

Preparation and performances of nanosized Ta2O5 powder photocatalyst

Nanosized-Ta₂O₅ powder photocatalyst was successfully synthesized by using sol-gel method via TaCl₅ butanol solution as a precursor. Ta₂O₅ species can be formed under 500 °C via the decomposition of the precursor. The crystalline phase of Ta₂O₅ powder photocatalyst can be obtained after being calcined above 600 °C for 4 h. The crystal size and particle size of Ta₂O₅ powder photocatalyst was about 50 nm. A good photocatalytic performance for the degradation of gaseous formaldehyde was obtained for the nanosized-Ta₂O₅ powder. The Ta₂O₅ powder formed at 700 °C for 4 h and at 650 °C for 12 h showed the best performance. The calcination temperature and time play an important role in the crystallization and photocatalytical performance of nanosized-Ta₂O₅ powder.     

磷酸对TiO2纳米粒子光催化剂的改性

通过浸渍过程实现了磷酸对溶胶水热法合成的锐钛矿相TiO2纳米粒子的改性.重点研究了磷酸修饰对纳米锐钛矿相TiO2的热稳定性及光催化活性的影响.结果表明,磷酸修饰显著地提高了纳米锐钛矿相TiO2热稳定性,甚至经过800℃热处理后仍然具有以锐钛矿相为主的相组成.在光催化降解罗丹明B(RhB)过程中经过700℃热处理的磷酸修饰的样品表现出了优于商品P25-TiO2的活性.     

高比表面空心球状ZnO/ZnAl2O4复合光催化剂制备及活性

以葡萄糖为模板,聚乙二醇(PEG-4000)为分散剂通过一步水热法所得前驱体,经500℃焙烧4 h得到ZnO/ZnAl2O4产物。并用XRD、SEM、TEM、BET、TG/DTA和UV-Vis DRS等技术对样品进行表征。结果表明产物为空心球状ZnO/ZnAl2O4复合光催化剂,比表面积高达158.3 m2.g-1。在模拟太阳光照射下,以甲基橙溶液的光催化降解考察样品的光催化活性,研究了焙烧温度、pH值和PEG加入量对样品光催化活性的影响。结果表明,当pH=9,PEG加入量为10%(以反应理论得到的前驱体ZnO/ZnAl2O4的质量来衡量)时,光催化活性最佳,光照60 min后,0.5 g.L-1光催化剂用量对甲基橙的脱色率达98.7%,与TiO2 Degussa P-25进行比较,相同条件下对甲基橙的脱色率提高了7.7%。     

微观形貌可控TiO2的制备及其光解水产氢性能

通过简单的沉淀、水热、溶剂热和溶胶凝胶法分别制备出实心球(s-TiO_2)、空心球(h-TiO_2)、纳米管(a-TNT)和介孔形状(mTiO_2)的锐钛矿晶型结构TiO_2光催化材料。采用HRTEM、FESEM、XRD、UV-Vis、N2吸-脱附和光解水制氢反应等对催化材料的微观表面结构、光吸收性能以及不同形貌光催化剂的光解水制氢的性能对比研究。结果表明:s-TiO_2具有最高的光催化活性,主要归功于s-TiO_2独特的微观形貌结构所致,s-TiO_2是由亚微晶颗粒组成的介孔状实心球,亚微晶粒径相比较其它形貌的材料要小,有利于光生载流子的迁移,抑制电子-空穴对的体相复合,导致活性提高。同时,晶化过程用于传质通道的无序微孔可以束缚用作牺牲剂的CH3OH分子,使得空穴快速被牺牲剂消耗,减少与电子复合。     

SiO2负载氮掺杂TiO2可见光响应光催化剂的制备及性能

以四氯化钛为钛源,尿素为氮源,采用液相水解-沉淀法制得SiO2负载N掺杂TiO2可见光响应TiO2-xNy/SiO2光催化剂(TSN)。以苯酚为模型物,考察了TSN在可见光区、紫外光区及太阳光下的光催化活性,以及催化剂的使用寿命、分离性能。采用XPS、FTIR、UV-Vis DRS、XRD、TEM和低温氮物理吸附等对催化剂的结构进行表征。结果表明,N以阴离子形式进入TiO2体相并置换晶格中的O,适量N掺杂的TSN在紫外光区、可见光区及太阳光下均表现出较高的活性。SiO2与TiO2界面间有Ti-O-Si键形成,结合牢固。N掺杂在TiO2表面生成Ti-O-N键,形成新的能级结构,使催化剂的吸收红移至450~500 nm,诱发TiO2可见光催化活性。SiO2负载可减小TiO2颗粒平均尺寸,增加催化剂比表面积;同时SiO2负载还可改善催化剂的分离性能,提高催化剂使用寿命。     

微观形貌可控TiO2的制备及其光解水产氢性能

通过简单的沉淀、水热、溶剂热和溶胶凝胶法分别制备出实心球（s-TiO₂）、空心球（h-TiO₂）、纳米管（a-TNT）和介孔形状（m-TiO₂）的锐钛矿晶型结构TiO₂光催化材料。采用HRTEM、FESEM、XRD、UV-Vis、N₂吸-脱附和光解水制氢反应等对催化材料的微观表面结构、光吸收性能以及不同形貌光催化剂的光解水制氢的性能对比研究。结果表明：s-TiO₂具有最高的光催化活性,主要归功于s-TiO₂独特的微观形貌结构所致,s-TiO₂是由亚微晶颗粒组成的介孔状实心球,亚微晶粒径相比较其它形貌的材料要小,有利于光生载流子的迁移,抑制电子-空穴对的体相复合,导致活性提高。同时,晶化过程用于传质通道的无序微孔可以束缚用作牺牲剂的CH₃OH分子,使得空穴快速被牺牲剂消耗,减少与电子复合。