Ag+/Ag/ZnO多孔纳米结构纤维材料的制备及可见光催化性能

借助棉花纤维模板, 采用两步法制备了Ag⁺/Ag/ZnO多孔纳米结构纤维材料, 并利用X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、 扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见光谱(UV-Vis)等对其进行了表征. 以亚甲基蓝(MB)的脱色降解为模型反应, 考察了银修饰量(摩尔分数, 0~1.50%)对ZnO纳米结构纤维材料光催化性能的影响. 结果表明, 利用模板辅助的两步法制备了Ag⁺-Ag共修饰的ZnO多孔纳米结构纤维材料Ag⁺/Ag/ZnO, Ag⁺和Ag通过改变ZnO的晶胞结构、 光吸收特性及形貌等影响其光催化性能; 在可见光条件下, Ag⁺/Ag/ZnO的催化性能优于纯ZnO, 且与修饰量有关.     

低量La3+掺杂S-TiO2光催化剂的制备、表征及其光催化活性

采用溶胶-凝胶-浸渍法制备了La³⁺/S-TiO₂纳米光催化剂,通过XRD、BET、XPS、UV-Vis等手段进行了表征.以甲基橙溶液为光催化降解反应的模型化合物,考察了光催化剂的活性,探讨了低量La³⁺掺杂对TiO₂纳米粒子光催化活性的影响机制.实验结果表明:S改性TiO₂后明显提高了TiO₂纳米粒子的光催化活性,而La³⁺掺杂S-TiO₂后,进一步提高了TiO₂纳米粒子的光催化活性,La³⁺的最佳掺杂量(相对于TiO₂的质量分数)为0.369%;La³⁺/S-TiO₂(ω(La³⁺)=0.369%)为纳米光催化剂时,甲基橙的脱色率达到92.4%(光照120min);XRD和BET分析表明,低量La³⁺掺杂抑制了TiO₂由锐钛矿向金红石的转变,阻碍了TiO₂晶粒的生长,提高了TiO₂的比表面积;XPS分析表明,S、La³⁺掺杂可以导致粉体的表面羟基含量增加,掺杂S以S⁶⁺形式置换TiO₂晶格中的Ti⁴⁺;UV-Vis分析表明,光催化剂La³⁺/S-TiO₂比纯TiO₂具有较强的紫外光吸收性能.与纯TiO₂相比,La³⁺掺杂TiO₂纳米粒子光催化氧化活性的提高应归因于La³⁺掺杂增加了表面羟基含量,增大了比表面积,增强了样品表面的紫外光吸收能力.     

Improved electrochemical properties in the Li3Fe2(PO4)3 by titanium and vanadium doping

Ti⁴⁺ ions were introduced to the VO₄^3- substituted Li₃Fe₂(PO₄)₃ by sol-gel method. Simultaneous substitution of Ti⁴⁺ for Fe³⁺ and VO₄^3- for PO₄^3- in the Li₃Fe₂(PO₄)₃ resulted in a net improvement in the rate capability and cycling performance, as compared with the single Ti⁴⁺ or VO₄^3- substituted compound.     

Gd3+掺杂ZnO的制备及其性能

为提高ZnO的光催化性和稳定性,扩展对光的吸收范围,以乙二胺四乙酸(H₄EDTA)为配体形成配位前驱体,通过低温热分解配位前驱体法制备了Gd³⁺掺杂ZnO复合物Zn_1-xGd_xO₂(x=0~0.1)纳米颗粒。 采用X射线粉末衍射(XRD)、红外光谱法(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、荧光光谱法(FL)、紫外可见漫反射光谱法(UV-Vis DRS)、交流阻抗(EIS)以及动态光电流响应(i-t)等多种手段研究掺杂比例对氧化锌物相、表面形貌、光学性以及光电响应性等的影响。 结果表明,Gd³⁺掺杂摩尔分数低于3%时,产物为单相纤锌矿ZnO,提高掺杂比例(>3%)不仅使ZnO晶格萎缩,同时还出现少量Gd₂O₃第二相,且晶粒随掺杂摩尔分数的增加而降低。 Gd³⁺掺杂使ZnO能带结构发生改变,其价带、导带和带隙等各值都随着掺杂摩尔分数的增加而降低。 I-t结果表明,适量掺杂可提高ZnO的光电响应能力,其中掺杂摩尔分数1%所得ZnO的光电流密度最大(10 mA/m²)。甲基橙(MO)的光降解结果显示,Gd³⁺掺杂能提高ZnO的催光化性,其中1%掺杂对ZnO的催化性提高最大。 最后还对ZnO的催化选择性和耐酸碱性进行了简单研究。     

酸碱度调控氧化锌纳米材料形貌及其光催化还原CO2研究

利用水热法合成了形貌可控的氧化锌(ZnO)微纳材料。利用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),紫外-可见(UV-Vis)分光光谱和比表面积分析(BET)等技术对所制备的ZnO材料进行了表征。不同酸碱度(pH值)条件下,经过500 ℃退火2 h制备的ZnO均为纤锌矿结构。随着前驱液pH值的增加,所得ZnO从片状晶体变为棒状晶体。片状ZnO主要暴露极性晶面,棒状ZnO主要暴露非极性晶面。从生长角度考虑,在溶液为弱酸性条件下(pH 6.5),溶液中游离的氯离子(Cl^-)抑制了ZnO在锌极性面({Zn²⁺}_{crystal surface})的生长,水热反应产物为片状Zn₅(OH)₈Cl₂·H₂O,退火后得到微孔片状ZnO;当溶液中添加氢氧根(OH^-)后,锌离子(Zn²⁺)被络合为四羟基锌络合离子(Zn(OH)₄^2-),该络离子促进了ZnO在{Zn²⁺}_{crystal surface}的生长,从而得到棒状晶体。利用上述催化剂,在氙灯照射下进行光催化还原二氧化碳实验,发现极性面较多的片状ZnO具有更高的光催化性能。     

CuInS2/CdS基掺杂纳米晶的晶体结构、光谱性质及性能调控研究

多功能纳米晶的制备、性能及其应用是材料、化学、能源、生物医学等领域十分关注的课题之一。基于掺杂调控纳米晶生长和性能的思想,发展了纳米晶修饰和复合的概念和技术,使用绿色安全的化学溶液法结合外延生长技术合成了巯基丙酸(MPA)包覆的掺杂CuInS₂/CdS基纳米晶材料。通过适当调整掺杂异价离子的种类,实现了对CuInS₂/CdS基纳米晶显微结构和性能的调控,获得了具有特定相结构、组分、尺度和光学性能(吸收性质、光学带隙、发光强度)的纳米晶。存在于基质晶体中不同金属掺杂离子,会造成半导体的禁带中间产生掺杂能级,导致二次跃迁,进而产物体现出不同的禁带宽度。掺杂Co ²⁺、Fe ²⁺、Er ³⁺离子的CuInS₂/CdS纳米晶光致发光(PL)峰强度降低明显,这是由于Co ²⁺、Fe ²⁺、Er ³⁺离子掺杂有效地抑制了空穴-电子对的复合,降低了纳米晶的光生电子-空穴复合几率,使得其光催化活性得到增强。这些半导体纳米材料在光催化、能量转换与储存方面具有良好的应用潜力。     

Fe3+掺杂TiO2光催化纤维材料的制备及表征

以棉花纤维为模板制备了一系列Fe3+掺杂的、具有中空纤维结构的TiO2光催化材料(Fe3+/TiO2), 利用热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、zeta电位、红外光谱(IR)和紫外-可见光谱(UV-Vis)等技术对其形貌、晶体结构及表面结构、光吸收特性等进行了表征. 以亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解为模型反应, 考察了不同Fe3+掺杂量的样品在太阳光下的光催化性能. 结果表明, 用模板法制备的Fe3+/TiO2中空纤维结构材料表面存在大量纳米微粒(平均尺寸约12 nm); Fe3+可能均匀分散于锐钛矿结构的TiO2中, 部分取代Ti4+的晶格位置, 既拓宽了TiO2的光谱响应范围, 又形成了TiO2晶体结构的缺陷, 使其表面带负电荷. 在太阳光条件下, 该纤维结构材料较纯TiO2对MB溶液具有更好的光催化脱色降解效果, 且Fe3+的掺入量显著影响该纤维材料的催化性能; 当Fe3+掺杂量为0.15%(w), 在500 ℃焙烧2 h所得中空纤维材料的催化性能最好, 2 h即可使MB溶液的脱色降解率达93%; 重复使用5次仍可使MB溶液的脱色降解率保持在90%以上, 且该催化剂材料易于离心分离去除. 因此, 以该模板合成法, 通过Fe3+的掺杂有望使TiO2成为一种低或无能耗、高活性的绿色环保型催化材料.     

石墨烯、Sm和Pr共掺杂TiO2复合光催化剂性能研究

以钛酸四丁酯为基底,采用溶胶―凝胶法制备了纳米级半导体TiO₂光催化材料,使用还原氧化石墨烯(RGO)、稀土元素Sm和Pr共掺杂制备了改性半导体TiO₂光催化材料。分别对所制备的光催化材料进行XRD、SEM、PL等表征,结果表明,TiO₂、RGO/TiO₂、RGO/Sm³⁺/TiO₂、RGO/Pr³⁺/TiO₂为锐钛矿相,RGO/Sm³⁺/TiO₂获得了较窄禁带宽度、较小晶粒尺寸以及光致发光强度低的改性光催化材料。以亚甲基蓝(MB)为目标污染物,在降解MB模拟污染物的实验中,85 min时RGO/Sm³⁺/TiO₂的降解率达到99.2%。这说明RGO和稀土元素的掺入能够明显的影响催化材料的性能。     

PO43-掺杂Bi2O2CO3/Bi0的制备及其可见光催化性能

构建氧空位以及附着金属单质Bi(Bi⁰)是增强半导体材料光吸收性能、促进半导体光生载流子分离的有效方法。通过简单的共沉淀法及氢气热还原成功制备了PO₄^3-掺杂Bi₂O₂CO₃附着Bi⁰(Bi-P-BOC)的可见光催化剂,并对其在可见光下催化降解氧氟沙星(OFX)的性能及机理进行了研究。材料表征结果表明BOC随着PO₄^3-的均匀掺杂,可见光吸收能力增强,表面缺陷增多,比表面积增大。而随着氢气热还原,BOC表面形成Bi⁰的同时也原位构建了大量的氧空位。可见光催化性能测试表明,Bi-P-BOC可以在180 min内降解约85%的OFX,降解速率为0.013 0 min^-1,是BOC降解速率的8倍。Bi-P-BOC光催化降解机理表明其具有更好的可见光吸收能力,Bi⁰以及氧空位的存在促进了光生载流子的分离,h⁺是其...     

三维网状Dy3+:YVO4/TiO2复合纤维的制备及光催化产氢性能

以电纺TiO₂纳米纤维为基质, 柠檬酸为软模板, 采用一步水热法制备了具有三维立体网状结构的稀土Dy ³⁺掺杂YVO₄/TiO₂复合纤维. 通过X射线衍射、 扫描电子显微镜、 X射线光电子能谱、 N₂吸附-脱附、 紫外-可见漫反射光谱及荧光光谱等手段对材料的组成、 表面形貌和性能进行表征, 以光分解水产氢实验考察其光催化活性. 结果表明, Dy ³⁺∶YVO₄纳米枝与TiO₂纳米纤维相互交联构筑的纳米纤维网具有大比表面积, 可提供更多活性位点, 改善了多相光催化反应的传递过程; 稀土Dy ³⁺掺杂的YVO₄与TiO₂复合形成异质结相互促进, 在拓宽光谱响应范围、 提高太阳光利用率的同时使光生电子-空穴对得到较好分离, 从而提高了样品的光催化活性. 模拟太阳光照射下, Dy ³⁺∶YVO₄/TiO₂复合纤维光催化产氢速率达到8.63 mmol· h ^-1·g ^-1, 是纯TiO₂纳米纤维的10倍.     

新型Lewis固体酸Ce~(3+)-Ti~(4+)-SO_4~(2-)/MWCNTs制备及催化酯化反应合成生物柴油性能研究

采用高温浸渍法,通过Ce~(3+)、Ti~(4+)和浓硫酸磺化反应对多壁纳米碳管进行了改性处理,制备了Lewis酸型固体酸催化剂Ce~(3+)-Ti~(4+)-SO_4~(2-)/MWCNTs,并采用透射电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、吡啶吸附红外光谱、X射线荧光光谱、X射线衍射光谱和NH_3程序升温脱附等多种测试技术对催化剂的物理化学特性和结构特征进行了表征。以Ce~(3+)-Ti~(4+)-SO_4~(2-)/MWCNTs为油酸与甲醇经酯化反应合成生物柴油的催化剂,对其催化性能进行了研究。结果表明,当醇油物质的量比为12∶1,催化剂与反应物质量比为1%,反应温度为65℃,反应5 h,油酸转化率为93.4%。催化剂Ce~(3+)-Ti~(4+)-SO_4~(2-)/MWCNTs在重复使用八次后,油酸的转化率仍为80.8%,由此表明其具有较高的催化活性和稳定性。高催化活性和稳定性是因为,纳米碳管的C 1s结合能较一般炭材料低,使得电子在其管状结构中的流动和逃逸非常容易,从而有助于负载于纳米碳管之上的活性组分之间发生强烈的相互作用,最终促使Ce~(3+)和Ti~(4+)分别与SO_4~(2-)形成稳定的配位键,增大催化剂的晶化程度,并使SO_4~(2-)与纳米碳管结合的更加牢固,增强了催化剂的稳定性,减少了催化剂中活性组分的流失。最后,由于SO_4~(2-)与Ce~(3+)的强相互作用,在不增加纳米碳管表面缺陷的情况下,改变了Ti~(4+)-SO_4~(2-)中表面原子的化学状态,使得S~(6+)离子和Ti~(4+)离子的吸电子能力增加,使催化剂以Lewis酸性活性位为主,避免了SO_4~(2-)/MWCNTs因为以Brnsted酸位为主,而在富含水的反应介质中,由于水合反应而降低其催化活性的现象发生。     

负载CuO的Ti~(3+)/TiO_2催化剂制备及其光催化甲苯降解性能

通过在锐钛矿TiO_2载体表面上负载Cu-BTC(BTC,1,3,5-苯甲酸)前驱体,还原处理制备光催化剂CuO-Ti~(3+)/TiO_2(Cu-TiMB),对其在可见光条件下气相甲苯净化催化性能进行了研究。结果表明,该改良方法制备的CuO-Ti~(3+)/TiO_2(CuTiM B)催化剂的活性是浸渍法所得催化剂CuO-TiO_2(Cu-TiD)的2.68倍。CuO-Ti~(3+)/TiO_2(Cu-TiMB)具有更大的比表面积(147 m2/g)和较小的颗粒粒径(0.45μm),呈现多孔状,CuO的分散度较高;催化剂表面Ti~(3+)提供了大量的氧缺位,在400-800 nm波段的光响应能力显著增强。CuO-Ti~(3+)/TiO_2(Cu-TiMB)催化剂中Cu~(2+)、Cu~+与Ti~(3+)形成的异质结构进一步增多了氧缺位数量,延缓e--h+的复合时间;氧缺陷增强了捕获吸附氧能力,通过金属氧化物价态变化增强化学吸附能力,提高了光催化性能。     

Ce1-xMnxO2表面性质对催化CO2和甲醇直接合成DMC反应活性的影响

通过共沉淀法制备了一系列Mn掺杂量不同的Ce_1-xMn_xO₂催化剂, 并将其用于催化CO₂和甲醇直接合成碳酸二甲酯(DMC). 通过X射线衍射(XRD)、 氮气吸附-脱附、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线光电子能谱(XPS)和程序升温脱附(TPD)等手段研究了Ce_1-xMn_xO₂表面性质对催化CO₂和甲醇直接合成DMC反应活性的影响. 结果表明, Mn离子进入CeO₂晶格中形成固溶体, 随着Mn掺杂量增加, 催化剂表面弱酸碱位数量逐渐降低, 中强酸碱和强酸碱位数量增加, 催化剂表面氧空位含量呈先增加后减少的变化趋势, 当Mn掺杂量较少时, 催化剂表面Mn²⁺比例较高, 有利于Ce⁴⁺+Mn²⁺→Ce³⁺+Mn³⁺反应的进行, 促进催化剂表面氧空位生成; 进一步提高Mn掺杂量时, 催化剂表面Mn⁴⁺比例提高, 有利于Ce³⁺+Mn⁴⁺→Ce⁴⁺+Mn³⁺反应的进行, 导致催化剂表面氧空位含量减少. 研究发现Ce_1-xMn_xO₂催化剂活性与表面氧空位含量线性相关.     

ESR investigation into the effects of heat treatment and crystal structure on radicals produced over irradiated TiO2 powder

Electron spin resonance measurements were carried out at 77 K under irradiation for anatase TiO₂ powders treated by heating at various temperatures in the air. For the untreated powder photoproduced holes were trapped at the surface forming Ti⁴⁺O⁻Ti⁴⁺OH⁻ radicals, while, for the heated powder, they were trapped as Ti⁴⁺O²⁻Ti⁴⁺O⁻ radicals at the surface. Photoproduced electrons were trapped as Ti³⁺ at the desorption of surface hydroxyl groups and the change in the surface accompanied by the crystalline growth. No photoproduced radicals were detected for rutile TiO₂ powder, which may explain the low photocatalytic activity of this crystalline structure.     

Influence of the size of doping ion on phase stability and oxygen permeability of SrCo0.8Fe0.2O3−δ oxide

The compounds of SrCo_0.8Fe_0.2O_3−δ (SCF) doped with Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Ti⁴⁺ and Zr⁴⁺ are synthesized by conventional solid-state reaction. The phase stabilities and oxygen permeabilites of these synthesized oxides are investigated. It is found that the doping Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺ and Ba²⁺ totally dissolve into the SCF unit cell, while SrTiO₃ and SrZrO₃ phases form when SCF is doped with Ti⁴⁺ and Zr⁴⁺, respectively. A possible mechanism of the doping behavior is proposed to interpret the structure transformation of the SCF unit cell. Phase stability increases directly with the size of the doping ion when SCF is doped with the ions in the same group. However, the influence of the size of the doping ion on the oxygen permeation behavior is negligible for the membranes doped with the ions in the same group.     

一步火焰辅助热解法制备Fe掺杂嵌碳TiO2及其光催化性能

以钛酸四丁酯、无水乙醇和无水氯化铁为前驱体,通过一步火焰辅助热解法制备了Fe掺杂嵌碳TiO₂,并研究了样品的光催化活性. 利用扫描电子显微镜及能谱、X射线光电子能谱、X射线粉末衍射和紫外-可见漫反射吸收光谱等对样品的形貌、组分、晶型和光吸收进行了表征,并研究了样品在紫外和可见光下的光催化活性. 结果表明,无需后续热处理可直接得到主要是锐钛矿相TiO₂的样品,Fe³⁺以替位掺杂形式进入TiO₂晶格,随掺杂量增加,样品在可见光区域的吸光度提高,吸收带边红移. Fe掺杂量（摩尔分数）小于0.2%可改善样品的光催化活性,当Fe掺杂量为0.1%时,样品在可见光和紫外-可见光照射下均显示出最高的降解亚甲基蓝速率.     

ZnO·WO3悬浮水溶液中SO2的光催化氧化

本文考察了ZnO·WO₃悬浮水溶液中污染物SO₂的可见光催化氧化并建议通空气处理较高浓度的SO₃^2-扩水溶液。含0.15mol/LSO₃^2-水溶液可见光照2h可将SO₃^2-基本上光催化氧化成SO₄^2-。对这光助SO₃^2-自发氧化反应中可能平行存在的自发、多相催化、光化学和光催化等反应进行实验对比;筛选出克分子比0.5ZnO·WO为最佳掺杂配比;考察了光催化剂热处理、空气流量、pH对光催化活性的影响,得出pH7.5为最佳值;太阳光催化SO₃^2-氧化速率比室内实验更快,展现了利用太阳能于环保的应用前景,对所有实验结果都给以理论解释,并提出一个较详细的反应机理。