掺杂金属离子改性的TiO2薄膜光催化剂的研制

采用溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜光催化剂，着重考察了掺杂铈、镧、钨等金属离子改性的TiO2薄膜的光催化活性，研究了其紫外-可见光透过性能，甲基橙水溶液的光催化降解实验表明：掺杂铈、镧、钨三种金属离子后，TiO2薄膜的光催化活性均有不同程度的提高，最佳掺杂浓度分别为3．0％、1．0％、0．5％，其中掺杂铈的TiO2薄膜光催化活性最高。     

Sm掺杂对TiO2薄膜光催化性能的影响

 采用溶胶-凝胶法、浸渍-提拉法制备了不同形式和不同含量Sm掺杂的锐钛矿晶型TiO2的光催化剂薄膜. 采用X射线衍射、UV-Vis光谱及电化学实验对所制得的TiO2光催化剂薄膜进行了表征,并通过甲基橙溶液的光催化降解实验评价了其光催化活性. 结果表明,与未掺杂的TiO2薄膜相比,Sm掺杂的TiO2薄膜的UV-Vis吸收光波长向长波方向移动,并且光照开路电压也相应提高; 适量Sm掺杂可以明显提高TiO2薄膜的光催化活性,最佳Sm掺杂量为x(Sm3+)=0.5%; 在各种掺杂形式中以表层Sm掺杂的Sm-TiO2(S)薄膜的光催化活性最好. 讨论了Sm掺杂提高TiO2薄膜光催化活性的机理.     

铂非均匀掺杂二氧化钛薄膜的光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了铂非均匀掺杂的二氧化钛薄膜, 并用UV-vis分光光度计及电化学工作站表征了薄膜的光吸收性能和光电化学行为, 通过对甲基橙的光催化降解动力学来表征催化剂的光催化活性. 结果表明 Pt非均匀掺杂可以明显增强二氧化钛的光催化活性, 而均匀掺杂的效果较差; Pt非均匀掺杂的最佳量为0.3 mol%. 催化剂薄膜的电化学行为显示: Pt非均匀掺杂二氧化钛薄膜的开路电压高, 交流阻抗小. 并从半导体的PN结原理探讨了Pt非均匀掺杂二氧化钛的催化活性机理.     

稀土元素掺杂对TiO2薄膜光催化性能的影响

采用Sol-Gel法、浸渍-提拉法制备了RE(Sm, Dy, Lu) 掺杂TiO2的锐钛矿晶型薄膜. 用X射线衍射分析、 UV-Vis透射光谱及电化学实验对其进行了表征, 通过对紫外光照射下甲基橙溶液的光催化降解评价了其光催化性能. 结果表明, RE掺杂的TiO2薄膜的吸收光向长波方向移动; 掺杂浓度是影响光催化活性的重要因素; 适量RE掺杂可以明显提高TiO2薄膜的光催化性能; 最佳掺杂浓度是0.5%. 其中掺杂Sm样品的光催化活性最好. 分别讨论了RE不同浓度及不同元素掺杂对TiO2光催化性能的影响机制.     

微波加热制备泡沫镍负载La3+掺杂纳米TiO2及其光催化降解甲醛的性能

 采用常规加热和微波加热方法制备了两种泡沫镍负载La3+掺杂的纳米TiO2光催化剂,以甲醛光催化降解为模型反应,考察了制备方法和掺杂La3+对催化剂催化性能的影响,并采用扫描电镜、透射电镜、 X射线衍射和能量分散式光谱分析对催化剂进行了表征. 结果表明,微波加热法制备的纳米TiO2具有典型的锐钛矿型晶体结构,其粒径均匀且明显小于常规加热法制备的催化剂. 泡沫镍负载1.5%La3+掺杂的TiO2的光催化性能得到明显改善,反应90 min后甲醛的降解率仍达到93%. 在实验中发现催化剂有失活现象,但经简单清洗后其活性能够恢复.     

掺铂二氧化钛纤维光催化降解氯仿的研究

 TiO2纤维作为一种微米级光催化剂应用于废水处理时，不但克服了TiO2纳米颗粒不易分离回收的困难，而且对其进行贵金属掺杂，可使其光催化活性大大提高．用光还原沉积法制备了掺铂的二氧化钛纤维催化剂（Pt／TiO2（F）），并将其作为光催化剂用于光催化降解氯仿反应，考察了掺铂量、氧及pH值等条件对降解氯仿反应的影响，并与掺铂的二氧化钛颗催化剂粒（Pt／TiO2（G））的光催化活性进行了比较．结果表明，当掺铂量w（Pt）＝0．5％，催化剂用量为0．5g／L，预先溶氧至饱和状态，c0（CHCl3）＝1mmol／L，pH＝5，用300W中压汞灯光照120min时，Pt／TiO2（F）上氯仿的降解率可达98．44％，而Pt／TiO2（G）上氯仿的降解率仅为72．03％．     

Fe3+掺杂TiO2光催化降解聚乙烯薄膜的研究

以快速溶胶-凝胶法制备了纳米TiO2光催化剂,并用Fe3 对其掺杂改性,在室温条件下,用于固相光催化降解聚乙烯(PE)包装薄膜的研究.对催化剂和薄膜进行了X衍射分析(XRD)、傅立叶红外光谱分析(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)形貌观察.结果表明,60W紫外光辐射240h后,PE失重为8.43%,锐钛矿型纳米TiO2光催化剂使PE失重30.66%;用Fe3 掺杂后,0.5?2O3/TiO2、1.0?2O3/TiO2和2.0?2O3/TiO2分别使PE失重35.91%、20.72%和13.30%.光催化剂加速了PE的失重,碳链的断裂和光氧化腐蚀,在薄膜表面形成大量的坑洞,降解产物中的小分子量的石蜡含量明显增高.Fe3 掺杂有一个最佳量,0.5?2O3/TiO2光催化降解PE的活性最高.     

Au/TiO2薄膜的制备及其光催化氧化对硝基苯酚的性能

 采用溶胶-凝胶法制备了掺杂Au的TiO2薄膜,考察了其光催化氧化对硝基苯酚的活性,并采用原子力显微镜、 X射线光电子能谱、热重-差示量热扫描和X射线衍射技术对薄膜进行了表征. 结果表明, Au/TiO2薄膜主要含有Ti, O, Au和C元素,其中Au主要以0价形式存在. 经高温焙烧后薄膜中的Au向表面聚集,随着焙烧温度的升高,薄膜表面逐渐变得粗糙,颗粒逐渐变大,薄膜的光催化活性下降. 与纯TiO2薄膜相比,掺杂Au的TiO2薄膜的光催化活性有所提高, 在673 K下焙烧的Au/TiO2薄膜的光催化活性较好,反应1 h后对硝基苯酚的降解率可以达到51.4%.     

应用射线束制备可见光响应的TiO2薄膜

 由溶胶-凝胶法制备了TiO2薄膜. 为了改善TiO2对光的利用效率,采用过渡金属离子(V+和Cr+)注入和电子束辐照沉积贵金属纳米颗粒(Ag和Pt)两种射线束技术对TiO2薄膜进行改性. 紫外-可见光谱表明,两种射线束技术改性的TiO2薄膜的吸收光谱都发生了红移,说明这两种方法都是拓展TiO2吸收光谱的有效手段. 通过光催化降解甲基橙实验,比较了两种方法对TiO2可见光光催化能力的拓展情况,结果表明,两种方法均可显著提高TiO2在可见光作用下的光催化活性.     

La掺杂TiO2负载Pt催化剂制备及其室温氧化低浓度甲醛

甲醛是室内装修污染的重要组分,已严重危害到人们身体健康,在室温条件下消除甲醛引起了人们的广泛兴趣.目前室温清除甲醛主要有物理吸附法、光催化法、等离子体技术及催化氧化技术.物理吸附法主要采用活性炭等作为吸附剂,其初期吸附效果较好,但当吸附饱和之后会重新释放甲醛造成二次污染;光催化法和等离子体技术需要特殊装置,不适合室内室温环境脱除甲醛;而催化氧化技术则可直接将甲醛转化为无毒无害的水和CO2,因而备受关注.Pt/TiO2被认为是目前消除甲醛最有效的催化剂.为进一步降低贵金属Pt的用量及增强其稳定性(Pt被氧化后其活性会降低),本文首次采用稀土La掺杂锐钛矿型TiO2,负载少量Pt后用于室内低浓度(0.5 ppm)甲醛的催化氧化.活性测试结果表明,纯TiO2催化剂上甲醛转化率在5%以下,有可能是物理吸附或可见光催化所致.负载0.5%Pt后,Pt/TiO2和Pt/La-TiO2甲醛转化率均高于80%,尤其是La掺杂活性高达96%以上,且在连续反应8 h甚至延长至40 h后其活性均未见下降趋势.电镜结果表明,La掺杂Pt/La-TiO2催化剂中Pt粒径从未掺杂的2.2 nm降至1.7 nm;CO程序升温脱附测试表明,Pt/La-TiO2/Pt的分散度达66%,而未掺杂样品仅为51%;X射线光电子能谱测试表明,Pt/La-TiO2的表面氧物种高于Pt/TiO2催化剂,说明La掺杂增强了Pt和载体间的相互作用.为探讨Pt/La-TiO2商业化应用前景,将粉体Pt/La-TiO2涂覆在堇青石蜂窝陶瓷上制备成整体催化剂.该整体催化剂在容积为2 m3的密室测试中5 min内即可将浓度为0.5 ppm的甲醛将至0.02 ppm以下.该催化剂在存放3个月后活性略有下降,但在10 min内仍可将甲醛浓度降至0.08 ppm,达到室内甲醛排放标准.综上,本文成功制备了La掺杂Pt/La-TiO2用于室内低浓度甲醛催化氧化,该催化剂表现出优异的催化性能.通过多种表征手段表明,La修饰后贵金属Pt纳米粒子尺寸减小、分散度提高及Pt与载体间相互作用增强是其活性优异的主要原因.以Pt/La-TiO2粉体制备的整体催化剂同样表现出了高的催化性能,具有工业应用前景.     

Effect of dopant concentration on photocatalytic activity of TiO2 film doped by Mn non-uniformly

The thin films of TiO₂ doped by Mn non-uniformly were prepared by sol-gel method under process control. In our preceding study, we investigated in detail, the effect of doping mode on the photocatalytic activity of TiO₂ films showing that Mn non-uniform doping can greatly enhance the activity. In this study we looked at the effect of doping concentration on the photocatalytic activity of the TiO₂ films. In this paper, the thin films were characterized by UV-vis spectrophotometer and electrochemical workstation. The activity of the photocatalyst was also evaluated by photocatalytic degradation rate of aqueous methyl orange under UV radiation. The results illustrate that the TiO₂ thin film doped by Mn non-uniformly at the optimal dopant concentration (0.7 at %) is of the highest activity, and on the contrary, the activity of those doped uniformly is decreased. As a comparison, in 80 min, the degradation rate of methyl orange is 62 %, 12 % and 34 % for Mn non-uniform doping film (0.7 at %), the uniform doping film (0.7 at %) and pure titanium dioxide film, respectively. We have seen that, for the doping and the pure TiO₂ films, the stronger signals of open circuit potential and transient photocurrent, the better photocatalytic activity. We also discusse the effect of dopant concentration on the photocatalytic activity of the TiO₂ films in terms of effective separation of the photon-generated carriers in the semiconductor.     

二氧化钛薄膜的低温制备及其性能表征

通过水煮法在较低温度下制备了均匀、透明的TiO2-SiO2复合薄膜,利用XRD、AFM和UV-Vis光谱等手段对薄膜的物相、表面形态结构和透明性进行了表征,分析了SiO2的添加对薄膜性质的影响.并利用紫外光照降解罗丹明B溶液评价了薄膜的光催化活性及其影响因素.实验结果表明,通过水煮法在较低温度下制备的薄膜具有较高的光催化活性,适量SiO2的添加能够提高薄膜的光催化活性.     

Ni控制掺杂TiO2薄膜的光电化学及光催化活性

采用溶胶-凝胶法通过分步控制工艺制备了镍离子不同掺杂方式的TiO₂薄膜。通过甲基橙的光催化降解动力学来表征其光催化活性。结果表明：镍离子非均匀掺杂在掺杂量0.5%时可以明显增强TiO₂的光催化活性，而均匀掺杂提高TiO₂的光催化活性较小。光电化学表征结果显示：镍离子非均匀掺杂TiO₂薄膜的瞬时光电流信号较强，说明其光生载流子易于生成且分离效果较好；循环伏安曲线表明，光照时Ni非均匀掺杂的TiO₂薄膜改变了体系的氧化还原电位，说明了薄膜内建电场的建立。基于半导体的P-N结原理探讨了镍离子非均匀掺杂TiO₂薄膜的光催化活性机理。     

Ga掺杂纳米TiO2薄膜的制备及其光电特性

利用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了Ga掺杂的TiO₂薄膜,并在真空中于550 ℃下进行了2 h的退火处理。采用XRD、SEM、UV-Vis和PL光谱对薄膜进行了表征。XRD结果提示,在溅射功率为200 W,室温下制备的TiO₂薄膜具有混晶结构,且退火后的晶粒有长大的趋势。SEM分析表明,掺Ga薄膜的颗粒分布得较为均匀并存在尺寸变小的趋势,且出现有利于提高光催化性能的岛状结构,其平均颗粒尺寸为50 nm。UV-Vis透过谱指出,掺Ga后的TiO₂薄膜吸收边发生了明显红移,且退火后进一步红移了10~50 nm。通过接触角的测量与计算可知,550 ℃退火2 h后的薄膜具有良好的亲水性。光催化降解结果表明：样品具有较强的光催化能力。当用低功率(15 W)紫外灯照射8 h后,Ga掺杂的纳米TiO₂薄膜样品对亚甲基蓝溶液的降解率最高可达到71.8%。     

Comparison of optical and structural properties of nanostructure TiO2 thin film doped by Sn and Nb

The thin films of TiO₂ doped by Sn or Nb were prepared by sol–gel method under process control. The effects of Sn and Nb doping on the structural, optical and photo-catalytic properties of applied thin films have been studied by X-ray diffraction (XRD) high resolution transmission electron microscopy and UV–Vis absorption spectroscopy. Surface chemical state of thin films was examined by atomic X-ray photoelectron spectroscopy. XRD results suggest that adding impurities has a great effect on the crystallinity and particle size of TiO₂. Titania rutile phase formation in thin film was promoted by Sn⁴⁺ addition but was inhibited by Nb⁵⁺ doping. The activity of the photocatalyst was evaluated by photocatalytic degradation kinetics of aqueous methylene blue under UV and Visible radiation. The results show that the photocatalytic activity of the Sn-doped TiO₂ thin film have a larger degradation efficiency than Nb-doped TiO₂ under visible light, but under UV light photocatalytic activity of the Nb-doped TiO₂ thin film is better.     

锰离子控制掺杂二氧化钛薄膜光催化活性增强的机理探讨

采用溶胶-凝胶法通过工艺控制制备了锰离子以不同形式掺杂TiO₂的光催化剂薄膜,并通过XPS和SEM对薄膜的结构进行表征.通过UV-Vis分光光度计及电化学工作站表征了薄膜的光吸收性能和光电化学性能,通过甲基橙溶液的光催化降解脱色率来表征催化剂薄膜的光催化活性.结果表明,以锰离子MT掺杂方式制备的TiO₂薄膜可明显增强TiO₂的光催化活性,而以MM掺杂方式制备的TiO₂薄膜反而降低了TiO₂的光催化活性;锰离子MT掺杂方式的最佳掺杂质量分数为0.8%.催化剂薄膜的电化学行为显示,薄膜具有p-n结的电容-电压特性,锰离子MT掺杂TiO₂薄膜的开路电位和瞬时光电流信号较强,说明其光生载流子易于生成并且分离效果较好.依据半导体的p-n结原理探讨了锰离子控制掺杂TiO₂的光催化活性机理.     

多孔TiO2薄膜自洁净玻璃的亲水性和光催化活性

亲水性多孔TiO₂薄膜自洁净玻璃以含聚乙二醇的钛醇盐溶胶前驱体中通过浸渍提拉法制备;随着前驱物中聚乙二醇加入量的增加,多孔TiO₂薄膜表面的羟基含量也增加,薄膜表面的亲水性增强,水与薄膜表面的接触角下降为0°.该亲水性多孔TiO₂薄膜自洁净玻璃具有明显的自洁净和易清洗功能.紫外-可见光透过光谱分析表明,随着TiO₂薄膜中孔径的增大,光的散射增强,透光率减小.该TiO₂镀膜玻璃对于紫外线具有吸收作用.甲基橙水溶液的光催化降解实验表明,在TiO₂薄膜中引入适当大小的微孔可显著增强薄膜的光催化活性,但当孔径接近400nm时,薄膜的光催化活性减弱.     

TiO2薄膜的Ag改性及光催化活性

 用光化学沉积法对纳米TiO2薄膜进行了Ag改性,用漫反射紫外-可见光谱、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱分析了Ag-TiO2薄膜的光谱特征、表面形貌和表面组成. 以苯酚为模拟污染物,在不同波长光源及有氧和无氧条件下考察了Ag-TiO2薄膜的光催化活性. 结果表明,当银沉积量大于 0.0150 mg/cm2时, Ag-TiO2薄膜对紫外光的吸收发生了明显的蓝移,同时在346 nm附近出现了小的吸收峰且该峰随着银沉积量的增加逐渐向长波方向移动. 沉积在TiO2薄膜表面的银颗粒大小不均匀,主要以单质银的形式存在,也生成了部分Ag2O; 相对于TiO2薄膜, Ag-TiO2薄膜表面吸附氧的含量明显增大. Ag-TiO2薄膜的光吸收特性对其催化活性影响较大. 在低压汞灯及有氧参与的条件下,银沉积量为0.0523 mg/cm2的Ag-TiO2薄膜的催化活性最高, 其反应速率常数是TiO2薄膜的1.16倍. Ag+更易沉积在较大n值的Ag簇上,其颗粒大小不可能完全均匀. Ag-TiO2薄膜的光吸收特性、 Ag簇的大小以及Ag对O2的吸附作用是决定Ag-TiO2薄膜催化活性的主要因素.