掺杂二氧化锡的二氧化钛的光学性质及其光催化特性

二氧化钛多相催化是一种极具前途的环境污染深度净化技术。 本文以钛酸四丁酯和四氯化锡为原料,无水乙醇为溶剂,采用溶胶-凝胶法制备了掺杂二氧化锡的二氧化钛薄膜和复合氧化物粉体。通过测量薄膜的吸收光谱推算光学能隙,结果发现掺杂样品的光学能隙比纯二氧化钛样品有所变小。随着热处理温度的提高,掺杂和纯二氧化钛样品的光学能隙都略微降低。X-射线衍射分析表明,复合氧化物粉体的热处理温度对样品的晶体结构和光催化性能有重要影响。以掺杂二氧化锡5 % 摩尔比的样品与纯二氧化钛对照,500 ℃以下热处理样品以锐钛矿结构为主,600 ℃热处理样品为锐钛矿与金红石相共存,并显示了较好的光催化性能。透射电子显微镜观察显示,同样600 ℃热处理,掺杂样品要比纯二氧化钛具有更小的颗粒尺寸。在700 ℃热处理的样品中,掺杂样品只存在金红石相而纯二氧化钛样品中仍存有锐钛矿相。用阿伦尼乌斯经验关系式推测的晶粒生长的活化能,纯二氧化钛47.486 kJ.mol, 掺杂5 % 摩尔比的复合氧化物样品33.103 kJ.mol。以亚甲基蓝为降解物质,考察了掺杂量和热处理温度对样品的光催化性能。     

LiF掺杂TiO2的制备及其光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了LiF掺杂的TiO2光催化剂,并采用X射线衍射、X射线光电子能谱和光致发光光谱等技术对样品进行了表征.以亚甲基蓝的光催化降解为反应模型,考察了LiF掺杂量、退火温度和溶液pH值对催化剂光催化性能的影响.结果表明,LiF的掺杂降低了金红石相的形成温度,同时在TiO2表面引入大量羟基氧并提高了TiO2表面氧空穴浓度,因此提高了TiO2的光催化性能.在LiF掺杂量为8%,退火温度为500℃和反应液pH值为6.6的条件下,LiF掺杂的TiO2的光催化活性是未掺杂TiO2的6倍.     

稀土元素钬掺杂二氧化钛光催化剂的制备及对碱性品红降解性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了纯二氧化钛和稀土元素钬掺杂的二氧化钛光催化剂,以碱性品红为指示剂,采用紫外-可见分光光度法对样品的光催化性能进行了研究。结果表明:当掺杂钬的物质的量的分数为0.3%,碱性品红的质量浓度为20 mg·L^-1,温度为25℃,体系的pH值为6.2时,在可见光下4 h的脱色率达到20.0%;适量钬的掺杂可提高二氧化钛的光催化性能。     

铁酸锌掺杂对二氧化钛结构相变及光催化性能的影响

分别采用共沉淀法和溶胶-凝胶法制备铁酸锌和二氧化钛纳米粉体,较系统地研究了铁酸锌纳米掺杂对二氧化钛“锐钛矿→金红石”的结构相变及光催化性能的影响.结果表明,适量铁酸锌的掺杂可促进二氧化钛的结构相变,显著提高其光催化活性,在最佳掺杂浓度时,其光催化降解苯酚的效率可以提高2～3倍.     

金红石相二氧化钛纳米晶的光催化活性

以苯酚光催化氧化和铬酸根光催化还原反庆为模型反应,研究不同粒径的金红石相二氧化钛纳米晶的光催化性活性。用XRD,TEM和BET等表明超细金红石相二氧化钛的粒径为7～8nm,UV-vis谱表明其吸收带边界蓝移11nm。在上述反应中,具有量子尺寸效应的金红石相二氧化钛(7nm)均表现出很高的催化活性,催化活性随粒径增大而迅速下降。7.2nm金红石相二氧化钛的光催化活性与6.8nm的锐钛矿相二氧化钛相当。     

二氧化钛与针铁矿复合光催化材料的制备与光催化性能

以四氯化钛为钛源,针铁矿(α-FeOOH)为载体,采用水解沉淀法制备了金红石相二氧化钛(Ti₂O)与α-FeOOH的复合光催化材料,并采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线能量散射谱和X射线光电子能谱对样品进行了表征.结果表明,低温下,金红石相Ti₂O包覆于α-FeOOH表面,并形成复合结构;较高温下,铁离子进入金红石相Ti₂O晶格,并形成铁掺杂金红石相Ti₂O纳米管;中温下,样品兼有复合和掺杂两者特征.在室温下以甲基橙为降解对象,采用钨灯+氘灯(波长200~800nm)为光源,对样品的光催化活性进行了测试.结果表明,样品对甲基橙的光催化降解效果良好;与纯α-FeOOH和金红石相Ti₂O相比,不同结构样品的光催化活性均有所提高,其中,复合兼掺杂型样品的光催化活性最高.由此可见,与α-FeOOH复合和铁掺杂是提高Ti₂O光催化活性的有效途径.     

钴掺杂二氧化钛的光催化制氢性能

采用聚合络合法（PCM）制备出钴掺杂二氧化钛（CO/TiO₂）光催化剂.以热重-差示扫描量热同步热分析（TGA-DSC）,傅里叶变换红外（FT-IR）光谱,X射线粉末衍射（XRD）,氮气吸附-脱附,紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）,X射线光电子能谱（XPS）等手段对材料进行了表征.采用光催化制氧作为探针反应,以氧气的产量评价材料的光催化性能结果表明:采用聚合络合法制备的样品主体成分为锐钛矿晶型的二氧化钛,钴元素呈高度分散,钴的掺杂能够明显提升二氧化钛光催化材料的光催化制氢活性,当钴钛物质的量之比为0.3%时,催化剂具有最佳的光催化制氢活性,达到2499μmol,是同等条件下制备的无掺杂二氧化钛的近六倍.还对钴离子掺杂增强机理进行了探讨.     

钕掺杂对纳米TiO2光催化分解水制氢活性的影响

 采用溶胶-凝胶法制备了一系列纳米TiO2和掺杂Nd3+ 的纳米TiO2光催化剂,并通过XRD, UV-Vis, TEM和N2吸附等技术对其进行了表征和分析,考察了样品光催化分解水制氢的活性. 结果表明, Nd3+的掺杂使TiO2的相变温度从600 ℃提高到800 ℃, 同时有效抑制了TiO2的粒径增长,提高了粒子的分散性和样品的比表面积, Nd3+掺杂量越大,催化剂的比表面积越大. 掺杂Nd3+ 后, TiO2的光催化制氢活性提高,本实验中Nd3+的最佳掺杂量为0.1%, 此时催化剂的活性比未掺杂TiO2提高了3.5倍. 随着焙烧温度升高, TiO2和Nd3+/TiO2样品的光催化活性均下降,但同时一定量的金红石相与锐钛矿相共存所产生的协同效应也使样品的光催化活性有所提高.     

响应面法优化Co2+掺杂TiO2制备工艺研究

利用共沉淀-水热法制备了钴掺杂二氧化钛光催化剂,以催化降解水中草甘膦效率为指标,采用响应面法对钴掺杂二氧化钛光催化剂的制备条件进行优化。结果表明,钴掺杂二氧化钛光催化剂的最佳制备工艺为:水热反应温度139.64℃、水热反应时间23.75h、煅烧温度408.17℃和煅烧时间4.04h。利用最佳制备条件下制得的钴掺杂二氧化钛光催化剂催化降解水中草甘膦,降解效率接近80%,与纯二氧化钛相比,催化降解效率有较大幅度提升。     

纳米二氧化钛的量子尺寸效应及掺杂氧化锡对其光吸收的影响

采用溶胶-凝胶法制备了量子尺寸的纳米氧化钛和锡掺杂的纳米氧化钛,经过不同温度的热处理得到不同尺寸的粉末样品.通过X射线衍射(XRD)和电子衍射(ED) 表征了不同样品的物相组成和粒径(3～12 nm),通过反射谱(RS)深入研究了纳米氧化钛的量子尺寸效应及掺杂氧化锡对于纳米氧化钛光吸收性质的影响.实验结果表明纳米氧化钛有明显的光吸收量子尺寸效应,掺杂氧化锡促进了二氧化钛的锐钛矿向金红石相的转变,降低了相变起始温度.由于相变和尺寸变化两方面相反的作用,掺杂氧化锡对于二氧化钛光吸收边的位移影响不大.     

掺钴氧化钛电极的制备、表征及其光电性能

采用溶胶-凝胶法在纯钛片上制备了掺Co氧化钛薄膜光电极,运用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)等分析手段对其进行表征,并对其结构和性能的相互关系进行了研究.结果表明,掺5%Co, 500℃热处理的TiO2电极具有最大的可见光响应.过量的Co掺入将析出新相CoTiO3,并促使TiO2由锐钛矿型转变为金红石型,使电极光电效应减低.而高温处理的掺钴TiO2也将析出CoTiO3,对电极光电性能有阻碍作用.     

掺锌的TiO2纳米粉的结构相变及发光性质

采用溶胶-凝胶法制备了掺锌的TiO₂纳米粉末,并用XRD、TEM、TG和DSC等技术考察了掺入的锌对TiO₂的锐钛矿→金红石结构相变的影响.研究结果表明,锌的掺入可促进TiO₂的结构相变,使相变温度显著降低.纳米态TiO₂存在室温光致发光现象,在TiO₂的纳米粉中掺入适量的锌,可显著增强体系的发光强度.     

碘掺杂对纳米TiO2催化剂光催化活性的影响

用溶胶-凝胶法制得了碘掺杂纳米TiO2催化剂, 考察了诸因素对相结构的影响, 这对深入揭示I-TiO2光催化降解有机物的本质具有重要意义.     

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%。     

WO3-TiO2薄膜型复合光催化剂的制备和性能

 采用溶胶－凝胶法在多孔钛片上制备了WO3－TiO2薄膜型复合光催化剂,并用甲基橙的光催化降解反应对所得薄膜型催化剂的活性进行了评价．实验结果表明：x（W）＝0．5％,涂覆层数为3层,在500℃焙烧1h的WO3－TiO2薄膜型光催化剂的活性最高,比纯TiO2薄膜高出96．7％．此时多孔钛片上负载的TiO2以锐钛矿和金红石两种晶形存在,表明适量W的掺入可使TiO2的相转变温度显著降低．     

二氧化钛纳米微粒的制备与光催化活性

本文采用溶液－凝胶法制备了粒径为１０－２０ｎｍ左右的二氧化钛纳米微粒。用ＸＲＤ研究了二氧化钛溶胶的热处理过程,研究表明温度在４７３Ｋ－６７３Ｋ左右ＴｉＯ２向量 粒呈不规整锐钛矿结构,粒径约为１０－２０ｎｍ。在８７３Ｋ左右ＴｉＯ２微粒出现锐钛矿与金红石型混晶结构。     

掺杂Cu的TiO2纳米粒子的制备、表征及其光催化活性

采用Sol-gel法制备了纯的和掺杂不同量Cu的TiO2纳米粒子,并用TG-DTA,XRD,XPS,UV-Vis和荧光光谱对样品进行了表征,考察焙烧温度和Cu含量对TiO2纳米粒子的性质及光催化活性的影响,初步探讨了Cu的掺杂对TiO2相变的作用机制及样品荧光光谱与光催化活性的关系.结果表明,Cu2+的掺杂对TiO2的相变有很大的促进作用,并使其光谱响应范围向可见光区拓展.Cu的掺杂未引起新的荧光现象,但适量Cu的掺杂能够降低TiO2纳米粒子的荧光强度.此外,在光催化降解苯酚的实验中,于500℃处理的掺杂Cu的TiO2纳米粒子的光催化活性较高,与表征结果一致.而掺杂不同量Cu的TiO2的光催化活性顺序与样品荧光光谱强度的顺序相反,即荧光光谱强度越低,其光催化活性越高.     

掺杂纳米TiO2光催化性能的研究

利用浸渍法分别制备了Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu六种过渡金属离子掺杂改性的二氧化钛光催化剂，以乙酸水溶液的光催化氧化反应和二氧化碳还原反应为探针,评价了掺杂催化剂的光催化性能.借助光电子能谱（XPS）、X射线衍射分析（XRD）等手段对掺杂催化剂进行了表征.研究结果表明，经过渡金属离子掺杂后，光催化性能均有不同程度的改善，改善程度按Cr、Co、Ni、Fe、Mn、Cu递增.掺杂后催化剂表面吸附氧的活泼性、金属离子的价态及得电子能力上的差异决定了不同离子掺杂纳米二氧化钛光催化性能的差异.     

C-N-S-TiO2光催化剂的制备、表征及其性能

以钛酸四丁酯为钛源、功能生物小分子胱氨酸为掺杂剂,采用溶胶-凝胶法同步合成了C-N-S-TiO2光催化剂,利用XRD、XPS、FT-IR和DRS等测试技术对样品的结构及物化性能进行了表征。XRD和DRS分析表明,共掺杂抑制了TiO2晶粒的生长,提高了晶相转变温度,且C-N-S-TiO2样品的吸收带边明显"红移",光吸收范围一直延长至800 nm左右。XPS分析结果显示,C-N-S-TiO2样品表面产生了杂质能级,C、S元素分别取代部分晶格Ti4+以CO23-和S6+形式存在;而N峰呈宽化状态,以O—Ti—N和Ti—O—N键存在,且样品表面羟基含量明显增加。以罗丹明B染料为模型污染物,考察了该催化剂的可见光催化活性。结果表明,与P25 TiO2比较,C-N-S-TiO2光催化剂活性得到改进,C-N-S-TiO2光催化剂在470～800 nm波长下辐射120 min后对罗丹明B的降解率可高达83%。     

The role of crystal phase in determining photocatalytic activity of nitrogen doped TiO2

Two series of nitrogen doped TiO(2) samples with different ratios of anatase to rutile phases were prepared by milling the mixture of P25 TiO(2) and C(6)H(12)N(4) in air and gaseous NH(3) atmosphere, respectively. Compared to air, NH(3) atmosphere plays an important role in delaying the crystallite transformation from anatase to rutile in the mechanochemical reaction of TiO(2) and C(6)H(12)N(4). In contrast to the previously reported results for pure TiO(2), it is found that nitrogen doped TiO(2) with higher content of rutile phase demonstrates higher photocatalytic activity in photodegrading pollutant Rhodamine B under both UV light and visible light irradiation (lambda>420 nm), and the amount of the surface-adsorbed water and hydroxyl groups on nitrogen doped TiO(2) have little correlations with their crystallite phases (anatase or rutile) and photocatalytic activity. The more abundant surface states characterized by photoluminescence spectroscopy together with the lowered valence band maximum of rutile TiO(2) by nitrogen doping are considered as the key factors for the higher activity of nitrogen doped TiO(2) with higher content of rutile phase.