Bi2WO6/TiO2纳米管异质结构复合材料的多模式下的光催化活性比较

以TiO₂纳米管为模板,采用多组分自组装结合水热法制备Bi₂WO₆/TiO₂纳米管异质结构复合材料。通过多种技术如X射线衍射（XRD）,X射线光电子能谱（XPS）,N₂吸附-脱附,扫描电镜（SEM）,高分辨透射电镜（HRTEM）和紫外可见漫反射吸收光谱（UV-Vis DRS）考察所制备样品的组成、结构、形貌、光吸收和电子性质。Bi₂WO₆纳米片或纳米粒子分布在TiO₂纳米管上,形成异质结构。随后,通过在紫外、可见和微波辅助光催化模式下降解染料罗丹明B（RhB）来评价复合催化剂的光催化活性。与TiO₂纳米管和Bi₂WO₆相比,Bi₂WO₆/TiO₂-35纳米管在多模式下表现出更优异的光催化活性。与紫外和可见降解模式相比,Bi₂WO₆/TiO₂-35纳米管在微波辅助光催化模式下对RhB的降解效率最高。这种增强的光催化活性源于适量Bi₂WO₆的引入、纳米管独特的形貌特征和降解模式所引起的增强的量子效率。降解过程中的活性物种被证明是h⁺,·OH和·O₂^-自由基。而且,在微波辅助光催化模式下,可产生更多的·OH和·O₂^-自由基。     

Bi2WO6/TiO2纳米管异质结构复合材料的多模式下的光催化活性比较

以TiO₂纳米管为模板,采用多组分自组装结合水热法制备Bi₂WO₆/TiO₂纳米管异质结构复合材料。通过多种技术如X射线衍射（XRD）,X射线光电子能谱（XPS）,N₂吸附脱附,扫描电镜（SEM）,高分辨透射电镜（HRTEM）和紫外可见漫反射吸收光谱（UV-Vis DRS）考察所制备样品的组成、结构、形貌、光吸收和电子性质。Bi₂WO₆纳米片或纳米粒子分布在TiO₂纳米管上,形成异质结构。随后,通过在紫外、可见和微波辅助光催化模式下降解染料罗丹明B（RhB）来评价复合催化剂的光催化活性。与TiO₂纳米管和Bi₂WO₆相比,Bi₂WO₆/TiO₂-35纳米管在多模式下表现出更优异的光催化活性。与紫外和可见降解模式相比,Bi₂WO₆/TiO₂-35纳米管在微波辅助光催化模式下对RhB的降解效率最高。这种增强的光催化活性源于适量Bi₂WO₆的引入、纳米管独特的形貌特征和降解模式所引起的增强的量子效率。降解过程中的活性物种被证明是h⁺,·OH和·O₂^-自由基。而且,在微波辅助光催化模式下,可产生更多的·OH和·O₂^-自由基。     

阳极氧化法制备TiO2纳米管及其光催化性能

纳米TiO₂对诸多环境污染物有显著的光催化降解作用,光催化已发展成为新型环境污染治理技术。本文采用阳极氧化法制备出TiO₂纳米管,对比了四种电解液组成(A氟化铵+硫酸铵+水;B氟化铵+硫酸铵+乙酸+水;C氟化铵+硫酸铵+甘油+水;D氢氟酸+二甲基亚砜(DMOS)+乙醇)对催化剂表面形貌及光催化性能的影响。结果表明,电解液A和C都制备出了形貌清晰的TiO₂纳米管,管径约为60~74 nm。样品经400 ℃煅烧,TiO₂晶型主要为锐钛矿相;经500 ℃煅烧,出现少量金红石相;经700 ℃煅烧,晶型全部为金红石相。具有良好形貌的TiO₂纳米管同时具有良好的紫外光吸收能力。当亚甲基蓝初始浓度为10 mg·L^-1,经500 ℃煅烧的TiO₂纳米管光催化活性最佳,光照30 min亚甲基蓝的降解率达89.98%。亚甲基蓝光催化降解反应符合一级反应动力学,反应速率常数为0.079 30。     

脉冲沉积制备Cu2O/TiO2纳米管异质结的可见光光催化性能

在用阳极氧化法制备有序排列TiO₂纳米管阵列薄膜的基础上,引入脉冲沉积工艺,成功实现了均匀、弥散分布的Cu₂O纳米颗粒修饰改性TiO₂纳米管阵列,形成Cu₂O/TiO₂ 纳米管异质结复合材料. 利用场发射扫描电镜（FESEM）、场发射透射电镜（FETEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）对样品进行表征,重点研究了Cu₂O/TiO₂ 纳米管异质结的光电化学特性和对甲基橙（MO）的可见光催化降解性能. 结果表明,Cu₂O纳米颗粒均匀附着在TiO₂纳米管阵列的管口和中部位置,所制备的Cu₂O/TiO₂ 纳米管异质结具有高效的可见光光催化性能;在浓度为0.01 mol·L^-1的CuSO₄溶液中制得的Cu₂O/TiO₂纳米管异质结表现出最好的电化学特性和光催化性能;另外,对Cu₂O纳米颗粒影响光催化活性的机理进行了讨论.     

载有C60的TiO2纳米粒子光催化活性

以水溶性C₆₀和TiO₂粒子为前驱体,采用水热法制备了载有C₆₀的锐钛矿型TiO₂纳米粒子。应用X射线衍射、透射电子显微镜、红外光谱、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱对产物进行了表征。以对-硝基苯酚为模型污染物研究了产物的光催化活性,结果表明适量负载C₆₀可以提高TiO₂纳米粒子的光催化活性,C₆₀起着传输电子、促进TiO₂光生载流子分离的作用,且经7次循环使用后对-硝基苯酚的降解效率仍能达到74%。讨论了载有C₆₀的TiO₂纳米粒子光催化降解对-硝基苯酚的机理。     

Au改性TiO2纳米复合物对人结肠癌细胞的光催化杀伤作用

提出了通过TiO₂表面修饰纳米Au的方法来提高纳米TiO₂光催化杀伤癌细胞的效率. 采用化学还原法合成了Au改性的TiO₂ (Au/TiO₂)纳米复合物, 并研究了不同掺杂量(1 wt%, 2 wt%, 4 wt%)的Au/TiO₂对人结肠癌LoVo细胞的光催化杀伤效应. 结果显示, Au的掺杂大大地提高了TiO₂纳米粒子光催化杀伤结肠癌LoVo细胞的效率, 而且Au掺杂量的高低影响Au/TiO₂光催化杀伤癌细胞的效率, 掺金量为2%的Au/TiO₂对结肠癌LoVo细胞具有最高的光催化杀伤效率. 在光强为1.8 mW/cm²的紫外灯(λ_max＝365 nm)下光照110 min, 50 μg/mL掺金量为2%的Au/TiO₂能够杀死所有的癌细胞, 而同样浓度的TiO₂只能杀死70%的癌细胞.     

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。     

水热法制备具有高光催化活性的镧掺杂二氧化钛纳米晶

采用水热法合成钛酸钾(K₂Ti₈O₁₇)纳米棒,并将它作为前驱体水热转晶合成TiO₂纳米晶,同时通过在水热体系中引入稀土元素La³⁺实现对TiO₂的La掺杂.考察了不同条件下钛酸盐向TiO₂的转晶过程,发现水热溶液的pH值、温度以及预处理步骤对转晶过程有很大的影响.利用X射线衍射以及透射电子显微镜对样品的晶相和形貌进行了表征.利用电感耦合等离子体原子发射光谱测量了所合成的La掺杂TiO₂样品中的La含量.通过在紫外光下降解甲基橙(MO,10mg/L)测试了La掺杂TiO₂样品的光催化性能.结果表明La掺杂后TiO₂的光催化活性大大提高.在0.15mol/LLa³⁺浓度下180oC水热合成的La掺杂TiO₂样品显示了最佳的光催化活性.其对MO的光催化降解反应常数高达0.11min^-1,大约是空白TiO₂样品的9.20倍,P25TiO₂的3.69倍.     

Cu、N共掺杂TiO2纳米管光催化重整甘油制备合成气

通过碱性水热-离子交换法制备了Cu、N共掺杂TiO₂纳米管(Cu/N-TNT),对其光催化重整甘油制备合成气性能进行了研究。结果表明,Cu/N-TNT具有富含氧空位(O_V)的管状结构,N以Ti-N形式取代部分O形成杂质能级,Cu以Cu²⁺形式掺杂在催化剂晶格间隙和表面,Cu、N共掺杂促进TiO₂表面电荷有效分离,有利于其光催化重整甘油制备合成气活性和选择性的提高。紫外光照射8 h时,掺Cu量为0.15%的Cu/N-TNT催化剂上CO和H₂产量分别为7.3和8.5 mmol·g^-1,是原始TiO₂的9.1和70.8倍,n_H2/n_CO从0.52提高为1.18,n_CO/n_CO2从0.21提高至0.42。Cu/N-TNT表面N和O_V为醛类脱羰和甲酸脱水生成CO提供反应活性位点,Cu作为浅势阱提高光生电子-空穴分离效率。光生空穴(h⁺)是光催化重整甘油制备合成气过程中的主要活性物种,大量羟基自由基(·OH)和超氧自由基(·O₂^-)会导致甘油过度氧化,使CO选择性降低。     

添加NaBF4对阳极氧化法制备TiO2纳米管光催化剂的影响

在阳极氧化电解液中添加NaBF₄制得了具可见光活性的B掺杂TiO₂纳米管阵列（B/TNTs）。采用扫描电镜（FE-SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射（XRD）、傅立叶红外光谱（FTIR）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）以及X射线光电子能谱（XPS）对样品进行表征,以亚甲基蓝（MB）的光催化降解为目标反应评价其光催化活性。结果表明：添加NaBF₄后,TiO₂纳米管表面形貌变化较大;B掺入到TiO₂晶格中形成B-O-Ti键;B掺杂使得TiO₂纳米管表面羟基量增加、光学带隙能减小、光吸收阀值红移,且B掺杂量越多,其相应值的变化量越大;B掺杂能促进TiO₂锐钛矿相的发育,纳米管经550℃煅烧后仍保持未掺杂样品的锐钛矿相结构;NaBF₄的最佳添加量为0.6%（w/w）时,所得样品光催化活性最佳,可见光下光催化降解MB的4 h降解率由未添加的39.90%提高至75.15%,且反复使用10次后其光催化性能基本保持不变;总有机碳（TOC）分析结果表明,MB在可见光下能被B/TiO₂有效矿化。     

Synthesis and facet-dependent photoreactivity of BiOCl single-crystalline nanosheets

BiOCl single-crystalline nanosheets with exposed {001} and {010} facets were selectively synthesized via a facile hydrothermal route. The resulting BiOCl single-crystalline nanosheets with exposed {001} facets exhibited higher activity for direct semiconductor photoexcitation pollutant degradation under UV light, but the counterpart with exposed {010} facets possessed superior activity for indirect dye photosensitization degradation under visible light.     

碳量子点在八面双锥和纳米片TiO2上的光催化

依次用溶剂热法和水热法制备得到暴露(101)晶面的八面双锥体二氧化钛OBP-TiO2和不同碳负载量的N-CDs/OBP-TiO2复合催化剂,以及暴露(001)晶面的纳米片二氧化钛TNS和不同碳负载量的N-CDs/TNS复合催化剂。利用TEM、XRD、XPS等表征手段对这2类复合催化剂的形貌结构、化学成分等作了鉴定。系统研究了碳量子点负载量对可见光降解RhB的光催化性能影响。实验发现,由于N-CDs的加入,均能较大提高2类复合催化剂的光催化性能。(101)高裸露晶面N-CDs/OBP-TiO2比(001)高裸露晶面N-CDs/TNS的光催化活性高。     

Facile fabrication of anatase TiO2 microspheres on solid substrates and surface crystal facet transformation from {001} to {101}

Anatase TiO(2) microspheres with controlled surface morphologies and exposed crystal facets were directly synthesized on metal titanium foil substrates by means of a facile, one-pot hydrothermal method without use of any templating reagent. The obtained products were characterized using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelecron spectroscopy (XPS), and the focused ion beam (FIB) technique. The sizes of the resultant microspheres ranged from 1.1 to 2.1 μm. The transformation of anatase TiO(2) microspheres with exposed {001} facets surface to nanosheets surface with {101} facets was achieved by simply controlling the hydrothermal reaction time. The anatase TiO(2) microspheres with exposed square-shaped plane {001} facets were obtained by controlling the reaction time at 1 h. The prolonged reaction time transforms the anatase TiO(2) microspheres with exposed square-shaped plane {001} facets to eroded {001} facets then to a nanosheet surface with exposed {101} facets. With hydrothermal synthesis, the surface morphological structure and crystal facets formation are highly dependent on dissolution/deposition processes, which can be strongly influenced by attributes, such as pH of the reaction media, the total concentration of dissolved and suspended titanium species, and the concentration of fluoride in the reaction solution. The changes of these attributes during the hydrothermal process were therefore measured and used to illustrate the morphology and crystal-facet transformation processes of anatase TiO(2) microspheres. The surface morphologies and crystal-facet transformations during hydrothermal processes were found to be governed by the compositional changes of the reaction media, driven by dynamically shifted dissolution/deposition equilibria. The photocatalytic activities of the photoanodes made of anatase TiO(2) microspheres were evaluated. The experimental results demonstrated that the photocatalytic activity of anatase TiO(2) microspheres with exposed {001} facets was found to be 1.5 times higher than that of the anatase TiO(2) microspheres with exposed {101} facets.     

具有主导晶面的BiOIO3/BiOCl异质结制备与光催化性能

分别以乙二醇/去离子水为溶剂,通过溶剂热/水热法分别制备了具有不同主导晶面的BiOIO₃/{110}BiOCl和BiOIO₃/{001}BiOCl异质结。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、能量色散谱和紫外可见漫反射光谱对制备的BiOIO₃/BiOCl光催化剂进行了表征。在可见光照射下,通过对罗丹明 B和苯酚水溶液的光催化降解,考察了 BiOIO₃/BiOCl异质结的光催化活性。结果显示25% BiOIO₃/{110}BiOCl异质结具有最高的光催化效率。BiOIO₃/{110}BiOCl较好的光催化性能是由于其在可见光区较强的光吸收,以及异质结结构和BiOCl所具有的(110)主导晶面有利于光生载流子的分离。超氧自由基(·O₂^-)和空穴(h⁺)是光催化过程中的主要活性物质。此外,根据实验结果探讨了光催化性能增强的机理。     

Tunable photocatalytic selectivity of TiO2 films consisted of flower-like microspheres with exposed {001} facets

TiO(2) films composed of flower-like TiO(2) microspheres with exposed {001} facets were synthesized by a simple one-pot hydrothermal method and exhibited tunable photocatalytic selectivity towards decomposition of azo dyes in water by modifying the surface of TiO(2) microspheres as well as by varying the degree of etching of {001} facets.     

具有丰富(001)面的锐钛矿TiO2晶体的无氟合成

采用一种全新的方法实现了无氟、在阳离子聚合物参与下合成具有丰富(001)面的锐钛矿TiO₂晶体(TiO₂-P), 并通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、紫外-可见光谱等手段对样品进行了表征. 光催化测试显示, 该样品对甲基橙的降解具有比常规锐钛矿TiO₂和商业P25更好的活性, 这可归因于TiO₂-P具有大量的暴露(001)晶面.     

Au Nanoparticles Loaded on Hollow TiO2 Microspheres with (001) Exposed Facets: a Strategy for Promoting Photocatalytic Performance

Au nanoparticles loaded TiO₂ hollow microspheres with exposed (001) facets(Au-HTFs) were synthesized through template-free hydrothermal process combined with a chemical reduction role. Au-HTFs displayed excellent photocatalytic activity in catalyzing oxidization reaction in organic pollutant system, which originates from the synergistic effect of the reactive (001) facets and Au nanoparticles with a wide range of absorption in visible region based on localized surface plasmon resonance effect. The unique synergistic effect could largely increase the photocatalytic performance resulting from the improvements of both the visible light aborption and the recombination of electron-hole pairs. Our findings revealed that among Au-HTFs with different Au loading percentages, Au-HTFs with 2%(mass fraction) Au loading possessed the superior photocatalytic activity.     

铂修饰的{001}面暴露的二氧化钛纳米片阵列的制备和光催化性能

采用有机溶剂热法在FTO衬底上制备{001}面暴露的单晶锐钛矿相TiO2纳米片阵列,通过FESEM和XRD研究样品的形貌和晶体结构. 与水热法制备的纳米片阵列相比,有机溶剂热法制备的样品取向性更好. 采用光沉积方法在纳米片阵列上沉积Pt,所得到的Pt纳米颗粒粒径更为均匀,并且更容易沉积在{001}面上. 所负载的Pt 纳米颗粒增强了TiO2纳米片的光吸收性能,同时大大减弱了光致发光强度. 在光催化性能测试中,具有最优负载量的样品催化性能提高了一倍. 与传统的Pt负载相比,{001}面的最优负载量显得相当小,这可能源于高活性{001}面的原子结构.     

Unprecedented Eighteen‐Faceted BiOCl with a Ternary Facet Junction Boosting Cascade Charge Flow and Photo‐redox

Exposure of anisotropic crystal facets allows the directional transfer of photoexcited electrons (e^?) and holes (h⁺), for spatial charge separation. High‐index facets with a high density of low‐coordinated atoms always serve as reactive catalytic sites. However, preparation of multi‐facets or high‐index facets is highly challenging for layered bismuth‐based photocatalysts. Herein, we report the preparation of unprecedented eighteen‐faceted BiOCl with {001} top facets and {102} and {112} oblique facets via a hydrothermal process. Compared to the conventional BiOCl square plates with {001} top facets and {110} lateral facets, the eighteen‐faceted BiOCl has highly enhanced photocatalytic activity for H₂ evolution and hydroxyl radicals (^.OH) production. Theoretical calculations and photodeposition results disclose that the of eighteen‐faceted BiOCl has a well‐matched {001}/{102}/{112} ternary facet junction, which provides a cascade path for more efficient charge flow than the binary facet junction in BiOCl square plates.     

具有主导晶面的BiOIO3/BiOCl异质结制备与光催化性能

分别以乙二醇/去离子水为溶剂,通过溶剂热/水热法分别制备了具有不同主导晶面的BiOIO₃/{110}BiOCl和BiOIO₃/{001}BiOCl异质结。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、能量色散谱和紫外可见漫反射光谱对制备的BiOIO₃/BiOCl光催化剂进行了表征。在可见光照射下,通过对罗丹明B和苯酚水溶液的光催化降解,考察了BiOIO₃/BiOCl异质结的光催化活性。结果显示25%BiOIO₃/{110}BiOCl异质结具有最高的光催化效率。BiOIO₃/{110}BiOCl较好的光催化性能是由于其在可见光区较强的光吸收,以及异质结结构和BiOCl所具有的(110)主导晶面有利于光生载流子的分离。超氧自由基(·O₂^-)和空穴(h⁺)是光催化过程中的主要活性物质。此外,根据实验结果探讨了光催化性能增强的机理。