过渡金属离子掺杂改性TiO2的光催化性能研究进展

对近年来利用过渡金属离子掺杂改性TiO     

过渡金属离子掺杂改性TiO2的光催化性能研究进展

 对近年来利用过渡金属离子掺杂改性TiO2的光催化性能研究进行了综述．分析了掺杂金属离子的种类、掺杂浓度和掺杂制备方式等对TiO2光催化性能的影响,并提出了今后的研究方向．     

多壁碳纳米管负载TiO2的光催化脱硝性能

采用溶胶凝胶法制备了多壁碳纳米管负载TiO₂ （MWCNTs/TiO₂）,并利用透射电镜、X射线光电子能谱、X射线衍射和紫外-可见漫反射光谱对样品进行了表征。结果表明,MWCNTs/TiO₂晶型以锐钛矿为主,MWCNTs的引入会限制TiO₂晶粒的生长。另外,MWCNTs/TiO₂的光吸收边向长波区域偏移。针对模拟烟气,在固定床光催化反应器中对采用涂覆处理的MWCNTs/TiO₂的光催化脱硝性能进行了实验研究。结果表明,NO初始浓度较低时,光催化脱硝效率较高,SO₂的存在可抑制光催化脱硝过程,而O₂及H₂O则有促进作用。在最佳实验条件（73 mg/m³ NO,8% O₂,5% H₂O）下,光催化脱硝效率可达46%。提出了光催化脱硝反应机理。     

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。     

蛭石负载TiO2光催化剂的制备与性能

以新疆尉犁工业蛭石为载体,采用溶胶-凝胶法制备负载型二氧化钛光催化剂,利用XRD、TG、SEM、IR和低温N₂吸附－脱附对负载型二氧化钛进行表征,并以亚甲基蓝为目标降解物对其光催化性能进行研究。讨论了不同TiO₂负载量、反应温度和煅烧温度等因素对负载型二氧化钛光催化性能的影响,结果表明：TiO₂负载量为4.0wt%,反应温度为40 ℃,煅烧温度为400 ℃时,复合材料光催化效果最好,经60 W紫外灯照射20 min后,TiO₂/VMT复合材料对亚甲基蓝溶液的降解率为92.08%。     

B-TiO2/MWCNTs光催化剂的制备及性能研究

以四氯化钛和碳纳米管为原料,通过溶胶凝胶法、超临界干燥技术合成了硼掺杂的B-TiO2/MWCNTs催化剂,并采用X射线衍射、透射电镜、扫描电镜和紫外-可见吸收光谱手段对其进行了结构、形貌、组成和催化活性的表征。结果表明,催化剂中TiO2为锐钛矿型,尺寸均一,平均粒径约为13nm,B-TiO2/MWCNTs光谱吸收向可见光移动。以甲基橙和亚甲基蓝为目标物,评价了B-TiO2/MWCNTs的光催化性能。3小时后对甲基橙和亚甲基蓝降解率分别达到98.8%和99%,TOC去除率分别为74%和86%。     

金属离子掺杂对TiO2光催化性能的影响

TiO₂光催化反应过程涉及光生电荷、电荷迁移、电荷在TiO₂表面的反应和溶液体相反应4个顺序相接并相互影响的步骤.在TiO₂中掺杂金属离子对以上4个步骤均有重要影响,合理的掺杂可有效地提高其光催化性能.本文综合了国内外此方面的最新研究成果,从提高TiO₂光催化性能和优化光催化反应的角度出发,在材料吸光能力、电荷扩散、表面反应、粒径和晶型等方面,全面地分析总结了金属离子掺杂的影响效果和规律性认识,并对TiO₂基光催化材料的金属离子掺杂改性研究的未来发展方向提出了建议.文中还简要介绍了相关的掺杂方法和材料表征手段.     

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.     

微波辅助溶剂热合成In-Si共改性TiO2的增强光催化性能

利用微波辅助溶剂热法合成了In-Si 共改性的TiO₂ 光催化剂. 粉末X 射线衍射（XRD）、激光拉曼（Raman）光谱、N₂吸脱附（BET）、X射线光电子能谱（XPS）、光致发光（PL）光谱和紫外-可见漫反射光谱（UV-VisDRS）等实验表明,尽管掺杂和改性后TiO₂结晶度略有降低,但不影响光催化剂锐钛相的形成. Si 掺杂入TiO₂晶格使颗粒变小,比表面积变大. In 不能进入TiO₂晶格,在TiO₂表面形成了In₂O₃. 罗丹明B（RhB）降解实验显示,In-Si 共改性TiO₂表现出很高的紫外和可见光催化活性,Si：In：Ti 的摩尔比为0.03：0.02：1 的样品（IST-2）光催化活性最高,紫外光下3 min 即可将RhB降解完全,可见光下120 min RhB降解率为97%,这是由材料的高表面积,In₂O₃-TiO₂复合半导体之间高效电荷转移及染料敏化等共同作用所致. 对于苯酚,光催化降解则相对缓慢,700 min内尚不能降解完全.     

CNTs/TiO2多孔复合膜的组装及光催化性能

提出了一种在掺氟的SnO2(FTO)导电玻璃上组装碳纳米管(CNTs)/Fe-Ni/TiO2多孔复合膜光催化剂的新方法.采用喷涂热解法(SPD)将掺杂镍和铁的含有嵌段聚合物P123的二氧化钛前驱体溶胶涂覆在FTO导电玻璃上,制备Fe-Ni/TiO2多孔膜,再采用化学气相沉积法(CVD)在Fe-Ni/TiO2膜上原位生长CNTs,得到CNTs/Fe-Ni/TiO2多孔复合膜光催化剂.CNTs/Fe-Ni/TiO2复合膜具有多级孔结构特征,在TiO2表面原位生长的CNTs不但具有较好的石墨化结构,且CNTs较均匀地分布在整个膜层的孔中.考察了CNTs/Fe-Ni/TiO2复合膜光催化剂的结构和性能,并通过降解甲基橙溶液评价了复合膜的光催化活性.结果表明,CNTs的复合及铁和镍的掺杂等改性显著提高了TiO2膜材料的光催化活性.     

可漂浮CA/TiO2/RGO光催化剂的制备及其性能探究

首先利用氧化石墨烯(GO)改性TiO₂,然后以碳酸钙-碳酸钠为造孔剂,通过海藻酸钙(CA)固载TiO₂/GO制备CA/TiO₂/GO凝胶微球,最后该微球经抗坏血酸水浴还原GO,获得可漂浮CA/TiO₂/RGO微球作光催剂;并采用FT-IR、XRD、SEM、UV-Vis DRS以及TGA等测试手段对CA/TiO₂/RGO形貌及结构进行表征分析,初步探究CA/TiO₂/RGO对氨基黑10B降解性能和机理。结果表明：于30 mg/L氨基黑10B染料溶液中,投加CA/TiO₂/RGO光催剂浓度为1.84 g/L,220 min内CA/TiO₂/RGO对氨基黑10B的降解率可达80%,降解过程符合一级反应动力学模型,其光催化降解的主要活性物种是·O₂^-,而·OH和h⁺在本降解中起到作用相对较小。     

具有高可见光催化活性的Ti3+和碳共掺杂改性的TiO2光催化剂

以乙醇为碳源,采用操作简单的真空活化法一步实现对TiO₂的Ti³⁺与C的共掺杂改性,TiO₂用X衍线衍射、紫外-可见光谱、顺磁共振、X射线光电子能谱和红外光谱等手段表征了催化剂的结构、组成、光学性质. 结果表明, 经Ti³⁺与C共掺杂改性后的催化剂表现出高的可见光降解甲基橙活性. 复合在催化剂表面的石墨可以增强催化剂对可见光的响应范围,而Ti³⁺与氧缺陷形成的掺杂能级则可以提高光生电子的迁移效率. 实验表明,两者之间的协同作用促进了其可见光催化活性的提高.     

TiO2表面羟基及其性质

TiO₂材料表面含有丰富的羟基基团，研究表面羟基的分布和性质对理解TiO₂的吸附和光催化作用本质有非常重要的意义。本文简要总结了国内外近年来关于TiO₂表明羧基的研究进展，如不同晶相结构TiO₂的表面羟基状态及不同晶面上羧基的种类、表面吸附水对羟基分布的影响、表面羟基的光电化学性质以及其在光催化反应中的作用等。最后对TiO₂表面羧基研究中存在的问题进行了分析。     

氮掺杂纳米多孔TiO2∶EDTA-Na2辅助水热合成及光催化性能

利用螯合剂乙二胺四乙酸二钠(EDTA-Na₂)作为致孔剂,以三氯化钛(TiCl₃)为前驱体,利用水热法直接合成了氮掺杂的纳米多孔TiO₂。通过 SEM、XRD、IR、低温N2吸附-脱附、XPS、热重分析(TG)和紫外可见(UV)光谱对样品进行了表征与分析。结果表明所合成TiO₂以锐钛矿相形式存在,氮掺在TiO₂晶面之间,具有典型的介孔结构和较高的比表面积,通过改变EDTA-Na₂的浓度,比表面积可控制在95~216 m²·g^-1之间。这种纳米多孔TiO₂在光降解甲基橙的实验中表现出很好的光催化活性,且随着EDTA-Na₂的浓度增大而逐渐增加。     

氮掺杂改性二氧化钛光催化剂的研究进展

综述了近年来国内外利用氮掺杂改性二氧化钛的光催化剂性能、提高可见光的利用效率的最新研究进展;分析和讨论了氮掺杂二氧化钛的制备方法、理论计算和结构模型、掺杂机理等;总结了氮掺杂改性二氧化钛存在的问题,同时讨论了今后的研究方向.     

纳米复合Sb2O3/TiO2的光催化性能研究

采用溶胶－凝胶法制备复合纳米Sb2O3/TiO2Sb2O3掺入浓度越大,催化剂中锐钛矿相含量越高,晶粒直径与颗粒直径越小,比表面积越大,在380－460nm,范围内,Sb2O3/TiO2的反射率则减弱,表明光吸收增强,Sb^5＋,占48．42％、Sb^ 占17．58％,以亚甲基蓝溶液光催化降解为模型反应,掺入2％,5％Sb2O3,亚在蓝溶液的光催化脱色降解一致动力学常数与总有机炭（TOC）去除率增大,发射光谱证明,Sb2O3的最佳比例为2％,当其比例大于2％时,其电子空穴对的复合率升高,光催化活性下降。     

过渡金属掺杂二氧化钛光催化性能的研究

采用浸渍法制备了过渡金属掺杂的光催化剂MOx/TiO2(M=Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu).以乙酸的光催化氧化降解反应为探针,研究了催化剂的光催化性能.研究结果表明,经过渡金属掺杂改性的二氧化钛,光催化性能都有所提高.掺杂量有一个最佳值,在最佳掺杂量时,催化剂光催化性能的提高程度与对应金属氧化物的生成焓有很好的一致性,还发现光催化性能与过渡金属离子稳定氧化态的电子亲和势与离子半径的比值间呈现火山型关系曲线.     

空气电极改性TiO2光催化剂的研究

将TiO2/C光催化剂负载在具有合成H2O2性能的空气电极上形成双功能新型复合电极.TiO2/C光催化层的微多孔特性使新型载体保持了高效合成H2O2的优势,J=15mA/cm2时,电流效率达到82%.新型载体又为TiO2/C光催化剂获得了阳极偏压,有利于将光生电子迅速导入载体,减少了光生载流子的复合.在新型光催化体系中,光化学氧化作用与光催化氧化作用有机地统一在同一电极/溶液界面附近,造成了该界面的强氧化环境,从而使有机分子的氧化降解速度得到显著提高.     

炭黑吸附法制备掺杂镨TiO2纳米粉体及其光催化性能

以硝酸镨为掺杂的前驱物,钛酸异丙酯为TiO2的前驱物,通过炭黑吸附高温水热法制得掺杂镨的量为0.07%的纳米Pr3+/TiO2粉体。分别采用热重/差热分析(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外可见分析(UV-VIS)和比表面积吸附(BET)对不同焙烧温度下所得粉体的物相、颗粒度、分散性及光吸收性能进行表征和分析。实验结果表明:炭黑的吸附阻止了粉体在干燥和煅烧阶段的团聚和烧结,制得的Pr3+/TiO2纳米粉体团聚较少,呈现良好的分散性,颗粒均匀,经500℃焙烧,得到纳米粉体平均颗粒直径为18 nm,比表面积为78.08 g.m-2。光催化降解实验表明,炭黑吸附后TiO2的光催化活性在一定时间内比没有炭黑的提高了将近2倍,在紫外灯照射下Pr3+/TiO2能在60 min内对亚甲基蓝的降解率达到93%。     

N2/Ar等离子体改性对CuO/TiO2可见光光催化活性的影响

研究了N2/Ar介质阻挡放电处理对负载CuO的TiO2可见光光催化活性的影响.采用X射线衍射、紫外-可见分光吸收光谱、透射电镜、X射线光电子能谱和电子自旋共振进行了表征,详细考察了等离子改性参数包括气氛组成、处理时间和处理功率对改性效果的影响,并通过降解甲基橙溶液考察了可见光光催化活性.结果表明,最佳等离子处理条件为N2与Ar比例为8:2,处理时间为20 min,放电电流为1.0 A.最后,使用改性后的光催化剂对模拟含汞废水进行了处理.