掺杂Ce的TiO_2纳米粒子的光致光及其光催化活性

采用sol-gel法制备了纯的和掺杂不同量Ce的TiO_2纳米粒子，并利用XRD， TEM，BET，XPS和PL光谱对样品进行表征，主要考察焙烧温度和含量对掺杂Ce的 TiO_2纳米粒子性质以及光催化降解苯酚活性的影响，并探讨了Ce的掺杂对TiO_2相 变的作用机制以及PL光谱与光催化活性的关系，结果表明，掺杂的Ce~(4+)没有进 入到TiO_2晶格中，而是以小团簇的CeO_2化学态均匀地弥散在TiO_2纳米粒子中， 这可能导致了Ce的掺杂对TiO_2的相变有很大的抑制作用；Ce的掺杂没有引起新的 光致发光现象，而适量Ce的掺杂能够降低TiO_2纳米粒子PL光谱的强度，这是因为 掺杂的Ce~(4+)易于捕获光生电子而生成Ce~(3+);600℃处理的掺杂Ce的TiO_2纳米 粒子表现出较高的光催化活性，这说明600℃是比较合适的焙烧温度，而掺杂不同 量的Ce的TiO_2样品的光催化活性顺序是：3 mol%＞4 mol%＞2 mol%＞5 mol%＞1 mol%＞0 mol%，这与它们的PL光谱强度的顺序是相反的，即PL光谱强度越低，其 光催化活性越高，这说明PL光谱与其光催化活性间有着必然的联系，这是因为掺杂 剂Ce~(4+)能够捕获光生电子，在光致发光过程中使PL光谱强度下降，而在光催化 反应过程中使有机污染物加快氧化。     

纳米粒子TiO2/Ti膜的表征及其光催化活性

以钛酸四丁酯为原料，采用溶胶－凝胶法，在600℃焙烧制备了纳米粒子TiO2/Ti膜，并利用TG－DTA，XRD、SEM、XPS、PL、SPS和EFISPS测试技术，对膜样品进行了表征。结果表明，纳米粒子TiO2/Ti膜表面为高密度的均匀碎片结构，TiO2纳米粒子具有与国际P-25TiO2粒子相类似的组成、结构以及微晶尺寸；在纳米粒子TiO2/Ti膜的表面，Ti主要以＋4价化学态存在。而O主要以晶格氧、羟基氧和吸附氧3种化学态存在。以纳米粒子TiO2／Ti膜的PL光谱测试中，以260nm为激发波长，观察到了峰位在380nm处的PL光谱，该值与SPS信号的响应阈值是一致的，此PL光谱峰可能与导带低的电子向价带顶的能级跃迁有关，同时说明了TiO2纳米粒子的量子尺寸效应的影响要大于库仑作用能和表面极化能的影响。以310nm为激发波长，分别观察到了与锐钛矿和金红石相关的发光信号；以450nm为激发波长，观察到了与表面态相关的弱的发光信号。此外，在光催化降解苯酚实验中，当涂膜3次时，TiO2粒子膜达到最高的光催化活性。     

Ce及N共掺杂改性TiO_2光催化性能及Ce组分的作用

以钛酸正丁酯、硝酸亚铈及氨水为前驱体运用溶胶-凝胶法对TiO2进行Ce及N单一和共掺杂改性,以甲基橙光催化降解为探针考察掺杂组分对催化剂的紫外、可见光活性影响,观察到了Ce及N的单一掺杂及共掺杂催化剂紫外、可见光活性的明显提升。运用X射线衍射(XRD)、低温氮气吸附(BET)、紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS)、程序升温氧脱附(TPD)和程序升温氧化(TPO)等表征手段从催化剂的晶体结构及形貌、比表面积、紫外及可见光响应特性、表面吸附氧量及吸附氧循环性能等方面尝试理解掺杂组分的光活性影响机制。实验结果表明掺杂改性催化剂中适量Ce组分的作用在于通过抑制催化剂的晶粒长大、团聚和锐钛结构向金红石结构的相转变,提高催化剂的光相应强度和拓展光响应范围,增加催化剂表面吸附氧容量和促进催化剂的表面氧循环,有效捕获光生载流子,衍生各类高活性自由基物种和增大催化剂比表面积等方面增进催化剂的光催化性能。     

掺Sn的纳米TiO2表面光致电荷分离及光催化活性

采用溶胶-凝胶法制备了不同掺Sn量的TiO₂纳米粒子, 主要利用表面光电压谱(SPS)和光致发光光谱(PL)对样品进行了表征, 并通过光催化降解苯酚实验来评估样品活性. 重点考察了热处理温度和掺Sn量对样品表面光生载流子的分离及光催化活性的影响, 并探讨了Sn使TiO₂纳米粒子改性的机制. 结果表明, 在适当温度处理下, 适量Sn的掺入能够有效促进TiO₂纳米粒子表面光生载流子的分离, 以至于使其光催化活性得到显著提高.     

钨掺杂钛酸锶纳米粒子的合成及其光催化性能研究

以碳酸锶和钛酸丁酯作为锶源及钛源,采用溶胶-凝胶法,制备钨质量分数分别为0, 1%, 2%和3%的掺杂SrTiO₃纳米粒子,利用XRD, SEM, PL, UV-Vis DRS, BET和XPS等手段对其进行了表征.以亚甲基蓝(MB)为模拟目标污染物,探讨了不同掺杂W量下SrTiO₃在可见光下的光催化性能并进一步探讨了可能的光催化机理.实验结果表明,与纯SrTiO₃相比,掺杂W后的SrTiO₃光催化降解活性得到显著提高,掺杂量为2%时,在250 W汞灯照射10 h下,W掺杂的SrTiO₃对MB的去除率可达95%,相比纯SrTiO₃,去除率提高了1倍.分析催化机制表明,通过掺杂,在SrTiO₃中引入缺陷位置,成为电子和空穴的浅势捕获阱,降低了电子-空穴对的复合速率,提高了光催化效率.     

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.     

掺铁TiO2纳米微粒的制备及光催化活性

采用溶胶-凝胶法制备了不同掺铁量的TiO2光催化剂,运用TG-DTA,XRD,SEM,DRS和测定光电导等方法对催化剂进行了表征.以高压汞灯为光源,罗丹明B为目标降解物,对其光催化活性进行了研究.实验结果表明,掺铁的TiO2比纯TiO2具有更好的催化活性.其原因:掺杂的铁作为受主捕获电子,使TiO2的n型半导体降低了光电导,控制了空穴和电子复合;同时掺杂的Fe3 可能形成杂质能级,由于掺杂能级处于禁带之中,使较长波长的光子也能被吸收,从而扩展吸收光谱的范围,增强了对可见光的吸收.     

掺杂镨的纳米二氧化钛光催化降解2,4-二硝基苯酚的研究

以钛酸丁酯为原料,用溶胶-凝胶(sol-gel)法制备了掺杂镨的纳米TiO2粉末.采用X光衍射仪对粉体的物相进行了表征.样品经500 ℃焙烧2 h后,0.5%(摩尔分数)Pr3+-TiO2纳米粉末为单一的锐钛型结构.通过粉体对2,4-二硝基苯酚的降解情况对其光催化活性进行了测试,结果表明与纯TiO2相比,Pr3+-TiO2的光催化活性有较大提高,当Pr3+的掺入量为0.5%(摩尔分数)时催化活性最高.以高压汞灯为光源,2,4-二硝基苯酚的初始浓度为50 mg·L-1,催化剂0.5%(摩尔分数)Pr3+-TiO2投加量为1.0 g·L-1时,2,4-二硝基苯酚的光催化降解效果最好.     

醋酸处理对TiO_2纳米薄膜光催化性能的影响

用溶胶－凝胶方法在普通玻璃基体上制备了均匀透明的TiO_2纳米薄膜，并经 500℃煅烧2h，煅烧后的TiO_2薄膜在2 mol·L~(-1)的CH_3COOH水溶液中处理24h， 最后分别在100和500℃进行第二次热处理，醋酸处理前后的薄膜分别用UV－vis, SEM, XRD和XPS进行了表征，并用甲基橙水溶液的光催化降解评价TiO_2纳米薄膜 的光催化性能，结果发现：用醋酸处理后的TiO_2纳米薄膜的光催化活性高于处理 前薄膜的的光催化活性；而且，酸处理后经500℃热处理的TiO_2纳米薄膜的光催化 活性明显高于经100℃热处理的TiO_2纳米薄膜的光催化活性。     

阴离子掺杂改性纳米TiO_2的光催化性能

利用钛酸丁酯水解浸渍方法制备了多种阴离子掺杂改性TiO2纳米复合粉体材料,并作了XRD、BET等表征,研究了它们对气相光催化降解正己烷反应的活性,并和阳离子K+ 掺杂TiO2、未掺杂TiO2及商品TiO2 Degussa P-25作了比较。结果表明,在实验的掺杂浓度下,多数阴离子的掺杂虽对TiO2的光催化活性略有降低,但仍要优于P-25,活性最差的是钾离子掺杂TiO2,H3PO4和NH4H2PO4的掺杂则对TiO2的光催化活性有明显的促进作用。     

掺杂镧的TiO2纳米粒子的光致发光及其光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了纯的和掺杂La的TiO2纳米粒子,并利用XRD,TEM,XPS和荧光光谱(FS)等对样品进行表征,主要考察焙烧温度和La含量对TiO2纳米粒子的性质以及光催化降解苯酚活性的影响,并探讨了La的掺杂对TiO2相变的作用机制以及FS光谱与光催化活性的关系.结果表明,适量La掺杂能够提高TiO2纳米粒子FS光谱强度,这是因为La掺杂能够使表面氧空位和缺陷的浓度增加;600℃热处理的掺杂不同量La的TiO2样品的光催化活性顺序是:1%＞1.5%＞3%＞0.5%＞5%＞0%,这与它们的FS光谱强度的顺序是一致的,即FS光谱强度越高,其光催化活性越高.这是因为在光致发光过程中,FS信号主要来源于表面氧空位和缺陷,而在光催化反应过程中,表面氧空位和缺陷能够有利于光生电子被捕获.     

Si掺杂TiO2催化剂的结构与可见光催化活性研究

采用溶胶-凝胶法制备出Si⁴⁺离子掺杂的TiO₂可见光催化剂 (TiO₂-xSi),该催化剂的可见光催化活性高于纯TiO₂和N掺杂的TiO₂(TiO₂-N).利用XRD、XPS、FT-IR和UV-Vis DRS等表征技术,研究了TiO₂-xSi催化剂的晶体结构、能带结构和表面性质.研究发现:掺入Si⁴⁺离子在TiO₂粒子表面主要形成Ti-O-Si结构,并在导带下0.2-0.6 eV区域形成表面态能级,该表面态能级的存在是催化剂产生可见光响应、实现可见光催化的根本原因.另外,讨论了Si⁴⁺离子的掺杂对金红石相和晶粒的生长抑制作用,以及催化剂的比表面积和表面羟基物种增加对可见光催化活性的影响.     

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%。     

赖氨酸辅助高分散金粒子修饰氮掺杂TiO_2纳米管催化剂的合成及光催化性能

通过溶胶-凝胶法联合水热合成法制备了氮掺杂TiO_2纳米管,并以该纳米管为载体,采用绿色无毒的赖氨酸作为链接剂和螯合剂,一步实现金粒子在TiO_2纳米管上的高度分散,制备得到高分散金粒子修饰氮掺杂TiO_2纳米管催化剂(Au/N-TiO_2纳米管).表征了产物的形貌、结构、光学特性及组成,通过紫外光下甲基橙水溶液的光降解率评价产物的光催化活性,讨论了氮掺杂量、金负载量、赖氨酸及焙烧对合成催化剂光催化性能的影响.结果显示,在赖氨酸存在下,金粒子在TiO_2纳米管上呈高度分散状态,未发生聚集.且与纯TiO_2纳米管相比,Au/N-TiO_2纳米管显示出更高的光催化活性.Au/N-TiO_2纳米管的高催化活性是由于氮掺杂后引起的TiO_2带隙能窄化、金粒子在载体上的高分散状态及金与TiO_2形成的肖特恩势垒引起的低电子-空穴复合率共同作用导致的.     

ZnO和TiO2纳米粒子的光致发光性能及其与光催化活性的关系

采用沉淀法和溶胶-凝胶法制备了ZnO和TiO2及掺Zn2+的TiO2纳米粒子,用XRD和荧光光谱(FS)等手段对样品进行了表征,重点探讨了样品光致发光机制及与光催化活性的关系.结果表明,ZnO和TiO2样品在大于带隙能的光激发下均表现出明显的FS信号,热处理温度升高,FS信号强度下降,并且二者的FS信号类似,这可能与二者具有类似的电子能带结构有关,同时也说明FS信号主要源于表面氧空位以及吸附氧物种等引起的激子或表面态能级.掺杂Zn2+使TiO2纳米粒子FS信号增强,这主要与表面氧空位和缺陷等量增加有关;此外,在光催化氧化苯酚实验中,样品光催化活性与其FS信号强度顺序一致,即FS信号越强,活性越高.这是由于在光致发光过程中,FS信号主要源于表面氧空位,而在光催化反应中,表面氧空位有利于氧化反应进行.     

Zr离子掺杂TiO2可见光催化剂光催化活性的研究

本文采用溶胶-凝胶法制备了Zr离子掺杂TiO₂光催化剂。光催化降解对氯苯酚实验表明,Zr离子掺杂浓度为10%时活性最高,其紫外光、可见光催化活性分别是纯TiO₂的1.5倍和4倍。利用XRD、Raman、XPS、UV-Vis DRS、PL等技术对样品进行了表征,结果表明：Zr离子以取代式掺杂方式进入TiO₂晶格,在TiO₂导带下方形成掺杂能级,增强了可见光响应,促进了光生载流子的分离,此外Zr离子掺杂在催化剂表面引入大量表面缺陷,增加了表面羟基物种,从而使得Zr离子掺杂TiO₂光催化剂的紫外、可见光催化活性显著提高。     

具可见光活性的氮掺杂二氧化钛光催化剂

以氮掺杂为代表的非金属掺杂型TiO₂光催化剂被誉为“第二代光催化材料”。本文首先系统评述了氮掺杂二氧化钛的制备方法,然后详细阐述了在N掺杂TiO₂研究中关于其可见光活性机制以及掺杂N在TiO₂晶格中的存在状态等方面的争议。N掺杂TiO₂粉末的制备方法主要有氨气气氛下的热处理工艺、水解沉淀法、溶胶－凝胶法以及机械化学法等;N掺杂TiO₂薄膜的制备方法主要包括磁控溅射法、脉冲激光沉积法以及金属有机化学气相沉积法等。已提出的关于N掺杂TiO₂可见光活性机制的观点有N2P与O2P能级相杂化、形成N 2p孤立能态、氧空位的作用以及具顺磁性特征的杂质敏化。关于掺杂N在TiO₂晶格中存在状态的分歧在于XPS N 1s谱中特征峰的位置及其归属的解析。文章最后指出了氮掺杂二氧化钛催化剂研究中有待解决的问题及今后的发展方向。     

铁掺杂TiO_2微米带的制备及其光催化性能

采用模板法与溶胶-凝胶法结合,以脱脂棉为模板制备了掺杂Fe3+的TiO2微米带光催化材料.并利用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)对掺杂不同比例Fe3+产物的表面形貌及晶型进行了表征.以甲基橙的脱色降解为模式反应,考察了样品的光催化性能.结果表明:以脱脂棉为模板在酸性条件下制备出了宽度5～8μm,厚度约100～500nm的TiO2带状体,此条件下生成的纳米TiO2晶体晶粒直径大小10～30nm,长度100～500nm,呈棒状.且得出当Fe3+掺杂量为0.04%时光催化效果最优,20min对甲基橙的催化效率为91%.     

Fe_2O_3掺杂TiO_2薄膜对甲基紫溶液光催化降解

甲基紫是一种相当稳定的有机物 ,能被 Ti O2 光催化降解 .本文采用 sol-gel工艺在玻璃表面制得了均匀透明的 Ti O2 薄膜 ,研究了热处理温度、涂覆层数、掺杂 Fe2 O3 等制备工艺 ,以及溶液 p H值和助催化剂H2 O2 等因素对 Ti O2 薄膜的光催化性能和稳定性的影响 .结果表明 ,掺 Fe2 O3 的 Ti O2 薄膜对甲基紫的降解率明显优于未掺 Fe2 O3 的 Ti O2 薄膜 .