N,S共掺杂纳米TiO_2:水解-溶剂热法合成及可见光催化活性

采用简单的两相分离的水解-溶剂热法,以硫脲为非金属原料,可控地制备了N,S共掺杂的纳米TiO2。所获得的纳米TiO2平均粒径为10 nm、粒径分布集中,且分散性好。N,S共掺杂拓展了纳米TiO2对可见光的响应范围。气氛可控的表面光电压谱(SPS)的测试结果表明,N,S共掺杂引起的表面态能够捕获光生空穴,进而有利于光生电荷分离。在可见光催化氧化水产氧及降解污染物乙醛的过程中,共掺杂的纳米TiO2表现出了高的活性,甚至优越于N掺杂的。这主要归因于N,S共掺杂的纳米TiO2分散性好、可见光吸收强和光生电荷分离高。     

DBS包覆TiO2纳米粒子的表面光伏及光致发光性能

采用溶胶-水热法合成了十二烷基苯磺酸钠(DBS)包覆的TiO2纳米粒子,并利用X射线衍射仪、透射电镜、表面光电压谱(SPS)和光致发光光谱(PL)等对样品进行表征.重点探讨了DBS包覆的适宜条件及DBS包覆对TiO2光伏和发光等性质的影响.结果表明,进釜前pH值在4.5~5.5,DBS用量为TiO2质量的1.0%~3.0%时,能够获得理想包覆.在水热过程中,DBS的引入对锐钛矿型TiO2微晶的生长有抑制作用.由于DBS的包覆,使TiO2的SPS和PL信号强度显著下降,这可能与磺酸基的吸电子性以及表面缺陷等的减少有关.     

磷酸修饰的RGO-BiOBr纳米复合体的制备及其光电化学性质研究

本文通过水热法一步合成了还原氧化石墨烯(RGO)-BiOBr纳米复合体,并进一步对其进行磷酸修饰. 主要研究了所获得的纳米复合体的光电化学性质. 结果表明,与纯BiOBr相比,RGO-BiOBr复合体的光电流密度明显提高. 适量磷酸修饰后,其光电流密度进一步得到提高. 基于羟基自由基等测试结果,分析认为磷酸修饰的RGO-BiOBr纳米复合体光电流密度的提高主要归因于两方面：一是复合的还原氧化石墨烯能够接受光生电子,加快电子的转移,进而促进光生电荷的有效分离;二是复合体表面修饰的磷酸在溶液中电离形成负场,能够起到诱导光生空穴的作用,进一步促进了光生电荷的分离.     

高光催化活性的磷氧桥连TiO2/g-C3N4纳米复合体的合成

石墨型氮化碳(g-C3N4)是一种新型非金属聚合物半导体材料,具有合理的能带结构、较好的稳定性及卓越的表面性质,因而受到了人们的广泛关注.目前,它作为光催化剂在降解污染物、光催化分解水产氢和光催化还原CO2方面正呈现出巨大的应用潜力.然而,g-C3N4可见光响应范围窄、比表面积较小、尤其是光生载流子易复合等缺陷制约着其光催化活性的进一步提高.针对以上问题,人们对g-C3N4进行了大量的改性研究,其中构建能级匹配的纳米半导体/g-C3N4异质结复合体是常用的有效改善g-C3N4光生电荷分离进而提高其光催化活性的手段.但现有相关文献往往忽略了复合体界面接触情况对光生电荷转移和分离的影响,从而在一定程度上影响对光催化性能的改善.本课题组前期工作表明,通过磷氧、硅氧功能桥的建立可加强TiO2/Fe2O3,ZnO/BiVO4纳米复合物的界面接触,从而促进光生电荷的迁移和分离,进而进一步提高纳米复合体的光催化活性.这样,通过构建磷氧桥有望改善TiO2和g-C3N4的紧密连接,以促进光生电子由g-C3N4向TiO2的迁移、改善光生载流子的分离,进而更加显著地提高g-C3N4的光催化活性.但是相关工作至今尚未见到报道.为此,本文通过简单的湿化学法成功地合成了磷氧(P–O)桥连的TiO2/g-C3N4纳米复合体,并研究了P–O功能桥对TiO2/g-C3N4纳米复合体光生电荷分离及其对光催化降解污染物及还原CO2活性的影响.结果表明,g-C3N4与适量的纳米TiO2复合,尤其是g-C3N4与适量P–O桥连TiO2的复合可进一步提高g-C3N4的光催化活性.基于气氛调控的表面光电压谱和光致发光谱等的分析,P-O桥连可促使g-C3N4的光生电子由g-C3N4向TiO2转移,极大地促进了g-C3N4的光生电荷分离,因而使纳米复合体光催化活性大幅提高,其光催化降解2,4-DCP及还原CO2活性均为g-C3N4的3倍.此外,自由基捕获实验表明,·OH作为空穴调控的直接中间产物,其对2,4-DCP的降解起主导作用.     

Pd/ZnO和Ag/ZnO复合纳米粒子的制备、表征及光催化活性

 用焙烧前驱物碱式碳酸锌的方法制备了ZnO纳米粒子，采用光还原沉积贵金属的方法制备了Pd／ZnO和Ag／ZnO复合纳米粒子，并利用ICP，XRD，TEM和XPS等测试技术对样品进行了表征，初步探讨了贵金属在ZnO纳米粒子表面形成原子簇的原因．以光催化氧化气相正庚烷为模型反应，考察了样品的光催化活性以及贵金属沉积量对催化剂活性的影响．结果表明：沉积适量的贵金属，ZnO纳米粒子光催化剂的活性大幅度提高．同时，深入探讨了表面沉积贵金属的ZnO纳米粒子光催化剂活性有所提高的内在原因．     

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。     

表面修饰DBS基团对TiO2气相光催化性能的影响

采用溶胶-水热法直接获得表面修饰十二烷基苯磺酸钠(DBS)分子基团的TiO2纳米粒子, 并考察了DBS表面修饰对纳米TiO2光催化氧化降解气相n-C5H12反应的活性和寿命的影响, 并利用表面光电压(SPS)谱和光致发光(PL)光谱等方法研究了DBS表面修饰的影响机制. 结果表明, 表面修饰DBS分子基团能够抑制TiO2纳米微晶生长, 促进纳米TiO2分散, 增强吸附性和提高光生电荷分离, 使光催化活性显著提高. 但寿命并未下降, 这与TiO2和DBS基团的光稳定性有关. 动力学研究结果表明, TiO2光催化氧化n-C5H12反应遵循Langmuir-Hinshelwood动力学模型, 为准一级反应.     

用TiO2，ZnO及Fe2O3纳米粒子光催化氧化庚烷的反应

 制备了三种n－型半导体氧化物TiO2，ZnO和Fe2O3纳米粒子，用X射线衍射和N2吸附技术分别对它们的结构及比表面积进行了表征．考察了三种氧化物粒子对庚烷的气相光催化氧化反应的催化活性．研究表明，对于同种催化剂，随着焙烧温度的升高，催化剂的粒径增大，比表 面积减小，光催化活性下降．三种催化剂纳米粒子的光催化活性顺序为TiO2（锐钛矿）＞ZnO＞Fe2O3，金红石型TiO2粒子的催化活性低于ZnO粒子．结合能带理论探讨了三种催化剂光催化活性差异的原因．     

掺Sn的纳米TiO2表面光生束缚激子的验证及其特性

采用溶胶-凝胶法制备了不同掺杂Sn的TiO2纳米粒子，并主要利用表面光电压谱(SPS)和电场诱导表面光电压谱(EFISPS)对样品进行了表征，重点探讨了焙烧温度和掺Sn量对TiO2光生电荷性质的影响．同时揭示了样品结构与表面光生束缚激子的关系及其特性．结果表明：与束缚激子相关的光伏响应只在含有金红石相的TiO2样品中出现，且在混晶相中表现得更加显著．掺杂适量Sn不仅提高了纳米TiO2的与带带跃迁相关的SPS响应强度，同时也使与束缚激子相关的SPS响应明显增强．