具有高活性宽光谱响应的新型光催化材料

以二氧化钛为代表的传统光催化材料只能利用短波长的紫外光,太阳光利用率和量子效率低,其广泛应用受到极大限制．针对这一问题,近年来我们开展了一系列具有高活性和（或）宽光谱响应（包括紫外及可见光）的新型纳米光催化材料的研究．本文简要总结了相应工作的进展,并对可能影响光催化材料的活性和光谱响应的相关因素进行了探讨．     

溴代甲烷在TiO2上的光催化降解研究

系统地研究了CH₃Br在溶胶-凝胶法制备的TiO₂催化剂上的气相光催化氧化行为,考察了催化剂煅烧温度、催化剂中残留NO-3、反应物料中的水份、反应温度等催化剂制备及反应条件对催化剂反应性能的影响,并结合XRD、BET比表面积和FTIR等表征结果对TiO₂催化剂的反应行为进行了解释.实验结果表明,CH₃Br在TiO₂上的气相光催化氧化是典型的一级反应,表观活化能为13.7kJ/mol.反应初始阶段存在显著的催化剂失活现象,催化剂高温煅烧,NO-3及水等对该反应活性都有明显的抑制作用,提高反应温度有利于改善催化剂的反应性能.     

沸石表面有机金属化学ZSM-5外表面上——Ge(n-C4H9)x基团的接枝及其性质研究

用气体分析及IR,NMR和元素分析等方法研究了真空系统中230℃和280℃下四丁基锗在ZSM-5沸石表面上的接枝反应,并对所得沸石的热稳定性和吸附性质进行了表征,与作者曾报道的硅胶及丝光沸石上的反应类似,四丁基锗也能与ZSM-5沸石表面上的硅羟基发生缩合反应,在其外表面或孔口生成组成为(=Si-O)xGe(n-C4H9)4-x(x=2~3)的表面有机锗化合物,在２３０℃接枝丁基锗基团不影响沸石的结构和表面积,仅改变它的孔口大小,在改性后的沸石上,Ｎ２的吸附性质没有改变,而不同分子尺寸的烃,加正已烷,２-甲基戊烷,２,３-二甲基丁烷却呈现出完全不同于起始ＺＳＭ-５沸石的择形吸附效应.     

光催化抗雾膜材料的制备及其亲水性研究

采用改进的Ｓｏｌ－Ｇｅｌ技术制备负载型复合光催化抗雾膜材料,ＡＥＳ和接触角测定等手段研究了膜厚度、热处理条件及光照条件等因素对材料亲水性的影响,光催化抗雾膜的亲水性受控于ＴｉＯ２的晶型和膜比表面,大比表面和高锐钛矿含量可降低膜对水的接触角,膜的厚度通过改变催化剂量和光利用率影响材料的亲水性。膜材料亲水性保持或恢复效果相当。     

异质结型光催化膜的活性及其机理研究

采用浸渍提拉法制得TiO₂,ZnO,Fe₂O₃,ZnO/TiO₂,TiO₂/ZnO,Fe₂O₃/TiO₂和TiO₂/Fe₂O₃石英玻璃基底负载膜.光催化降解亚甲基蓝实验表明,TiO₂和ZnO具有良好的光催化活性,Fe₂O₃活性较差.但形成异质结后,TiO₂和Fe₂O₃的光催化降解能力发生明显的变化.用254nm紫外光光照后,TiO₂,ZnO和Fe₂O₃等3种氧化物膜与水的接触角均有不同程度的降低,TiO₂表现出超亲水性,ZnO/TiO₂和Fe₂O₃/TiO₂膜与水的接触角小于对应的单纯ZnO和Fe₂O₃膜与水的接触角,其中Fe₂O₃/TiO₂表面出现超亲水性.瞬态光电导谱的少数载流子寿命的测定表明,异质结势垒电场能有效地增强光生电子-空穴对的分离效率.根据能带理论建立的两组异质结能带模型可合理地解释实验结果.     

TiO2胶粒在铝合金表面的电泳沉积及所制薄膜的光催化性能研究

TiO₂ membranes were prepared on aluminum-alloy thin plates by electrophoretic deposition and dip coating in a colloid solution of TiO₂, respectively. The photocatalytic activity of TiO₂ membrane was compared using ethylene as reactant, and the crystal and morphological structure of the membrane were characterized by XRD and SEM. The results showed that a more compact membrane with high loading of TiO₂ but lower photocatalytic activity of unit TiO₂ mass was obtained by electrophoresis compared with dip coating method. The addition of polyethylene glycol (PEG) to the sol of TiO₂ could improve the specific photocatalytic activity (ethylene conversion per unit mass TiO₂ and unit area of membrane piece) of the electrophoresis-membrane prepared from the sol, but could not change the specific photocatalytic activity of the dip-coating membrane from the sol. The ethylene conversion on the electrophoresis membrane prepared from the sol containing PEG (50 g·L^-1) was 9 times of that on the dip coating membrane. The effect of PEG on the properties of electrophoresis-membrane of TiO₂ was attributed to the change of electrokinetic properties of sol. Addition of PEG decreased ζ potential value of the sol and the mobility of the sol particle, increased viscidity of the colloid, thus decreasing both the electrophoresis deposition velocity of colloid particles and the electroosmosis velocity of diffuse layer of colloid particles. These favored the formation of a low compact and porous membrane on the electrode in electric field, and thus increasing the availability of TiO₂ in photocatalytic process.     

高活性低失活In(OH)3纳米晶光催化剂的制备和表征

采用超声沉淀法从In(NO3)3制备出了In(OH)3纳米晶体, 发现其在254 nm紫外光照射下对苯催化活性和活性稳定性比P25-TiO2高得多.     

可见光激发下PtⅣClx /TiO2的光诱导电子转移研究

1998年, Kisch等[1]发现PtⅣ卤化物修饰的TiO2催化剂(PtⅣClx/TiO2)具有可见光活性, 他们认为PtⅣ卤化物作为光敏化物种, 能够将电子转移到TiO2导带, 催化剂的表面吸附氧捕获电子后生成氧自由基, 继而氧化降解成对氯苯酚. 但是, 由于PtⅣ卤化物及其激发态能级的不确定, 对其反应机理研究尚未见报道.     

铝材表面状态对TiO2薄膜光催化性能和光致亲水性的影响

在纯铝片和具有氧化铝层的铝片上用提拉法制备TiO2/Al和TiO2/Al2O3/Al样片,通过FTIRATR技术和密闭间歇式反应装置分别考察了TiO2薄膜对油酸和乙烯的光催化降解性能,通过测试接触角考察TiO2薄膜的光致亲水性.结果表明,TiO2/Al2O3/Al对油酸的光降解性能比TiO2/Al的好,但其光催化氧化乙烯性能和光致亲水性能较差.这种差别可通过不同过程的作用机理和Al与TiO2表面的电子转移作用得到较好解释,由此得出TiO2薄膜的光催化性能与光致亲水性可能是两种既有联系又相互独立的性质     

瞬态光电导谱研究Pt的负载对TiO2光生载流子寿命的影响

采用瞬态光电导谱研究了TiO₂的光电导衰减曲线,通过计算机拟合得到光生载流子的寿命,并考察了Pt的负载量对TiO₂光生载流子有效寿命的影响.结果表明,增大Pt的负载量,可延缓光电导的衰减趋势,从而延长TiO₂光生载流子的有效寿命,有效地降低了光生载流子的复合率.