氢氧根离子在TiO2薄膜电极上的吸附行为和光氧化动力学

在醇的水溶液中，应用电化学方法研究了OH－在TiO2薄膜电极上的吸附行为和光氧化动力学.实验结果表明，OH－在TiO2表面的吸附模型符合Langmuir等温吸附方程式，其光氧化动力学行为能用Langmuir-Hinshelwood动力学方程来描述.在光强足够大时，光电流和OH－在TiO2表面的吸附浓度成正比，这表明，光生空穴仅氧化吸附于TiO2表面的OH－，同时吸附的水分子则不能被氧化.在醇浓度足够高的溶液中，自由基OH•和电子之间的复合反应几乎不发生，这时整个光氧化反应的速控步骤是光生自由基OH•的生成.     

TiO2光电化学电池催化氧化甲基红

以钛基TiO₂薄膜为光阳极，研究了光电化学电池中阳极光催化降解偶氮染料甲基红的动力学. 结果表明，短接光电化学电池分隔了光催化过程的阴、阳极反应，有利于抑制光生载流子的复合，提高光催化氧化速率. 相同实验条件下短路光电流越大，则甲基红降解速率越高. 在基底和TiO₂薄膜之间夹层SnO₂得到组装电极Ti/SnO₂/TiO₂，进一步提高了光生载流子的分离效率；同时采用电化学阻抗谱（EIS）评价了电极的光催化性能.     

直接热氧化制备氧化钛薄膜电极的研究Ⅰ. 制备、结构和电化学性质

采用原子力显微镜、 X光衍射仪、电化学阻抗谱等手段对热氧化制备氧化钛膜的结构和电化学性质进行了研究.结果表明,金属钛直接热氧化制备的薄膜为金红石型二氧化钛薄膜;随氧化温度升高和时间延长,薄膜结晶度逐渐增大;随氧化温度升高,二氧化钛平带电位向负方向移动;当温度大于600℃后,二氧化钛结晶致密,电子导电性减小.     

结合光电化学和瞬态吸收光谱技术研究光电化学分解水载流子动力学

半导体光电化学制氢是一种重要的、有前景的太阳能应用技术. 其产氢效率取决于光生载流子的产生、分离和传输效率. 深入理解光生载流子的动力学过程对于设计高效的太阳能产氢器件有重要的指导意义. 光电化学和瞬态吸收光谱技术是研究光催化反应微观动力学和机理的强有力手段. 本文介绍作者应用这些技术在半导体光电化学制氢方面所取得的部分最新研究结果, 并对存在的问题和今后研究重点提出了一些看法.     

结合(光)电化学方法研究光催化降解污染物反应

半导体光催化在环境保护和未来新能源开发等领域中具有重要的作用和意义. 由于参与光催化反应的主体是光生载流子,并涉及光生电子和空穴的界面转移与复合,(光)电化学方法是研究光催化反应微观动力学和机理的重要手段. 本文主要介绍本课题组应用这类研究方法在液相光催化去污方面所获得的部分研究结果,并对今后研究重点提出了某些看法.     

钴前驱体对掺杂TiO2微结构和可见光催化性能的影响

In order to develop photoactive cobalt-doped TiO2 for the degradation of organic pollutants using visible light irradiation, the effects of cobalt precursor on TiO2 microstructure were investigated. Three cobaltprecursors, i.e. CoCl2, Co(NO3)2 and CoSO4 with two doping levels (nominally 1% and 10%), and two annealing temperatures (400 and 800 ℃) were adopted to prepare the doped titania through the sol-gel method. The powder samples were characterized with XRD, SEM, BET surface area analysis and UV-Vis absorption spectroscopy, and their photocatalytic activities were evaluated by the degradation of aniline under visible light irradiation. The results showed that the distribution of titania phases, particle size,morphology, surface area and the optical absorption of the catalysts were greatly dependent on the cobalt precursors. Samples prepared from Co(NO3)2, especially for those doped at 1% and calcined at 400 ℃,showed the highest photocatalytic activity towards the degradation of aniline, and the possible reasons are discussed briefly.     

掺钴氧化钛电极的制备、表征及其光电性能

采用溶胶-凝胶法在纯钛片上制备了掺Co氧化钛薄膜光电极,运用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)等分析手段对其进行表征,并对其结构和性能的相互关系进行了研究.结果表明,掺5%Co, 500℃热处理的TiO2电极具有最大的可见光响应.过量的Co掺入将析出新相CoTiO3,并促使TiO2由锐钛矿型转变为金红石型,使电极光电效应减低.而高温处理的掺钴TiO2也将析出CoTiO3,对电极光电性能有阻碍作用.     

光电催化降解磺基水杨酸的研究

 建立了以刮浆工艺制得的TiO2／Ni为工作电极、泡沫镍为对电极、饱和甘汞电极为参比电极的光电催化反应体系,研究了在磺基水杨酸（SSal）的光电催化降解过程中,外加电压和溶液pH值对降解速率的影响．实验发现,外加阳极偏压为700mV时,SSal能发生有效降解,降解速率受溶液pH值的影响;随着SSal降解的进行,阳极表面电阻出现较大的变化．另外还研究了SSal光电催化降解过程中的电流变化特征．     

直接热氧化制备氧化钛薄膜电极的研究Ⅱ.光电性能

采用电化学阻抗谱和光电响应等手段对在光照下热氧化制备的氧化钛膜的阻抗和光电性质进行了研究 .结果表明 ,随氧化温度升高 ,界面电荷转移电阻减小 ,光电流逐渐增大 ,苯胺的光电催化速率降解增大 .温度大于6 0 0℃后 ,电极的光电性能急剧降低 .热氧化制备的氧化钛膜电极的结构、界面电荷转移电阻、光电流和光电催化降解苯胺的速率之间存在良好的相关性     

氧化铁和羟基氧化铁光催化还原银离子

在波长λ≥320 nm的紫外灯照射下, 水溶液中的银离子能在氧化铁和羟基氧化铁催化剂表面发生还原反应而生成颗粒银. 在这些催化剂上, Ag(I)的等温吸附线都符合Langmuir吸附方程; Ag(I)的初始还原速率均随其初始吸附量的增加而线性增大, 并且增大的幅度依α-Fe2O3>α-FeOOH>γ-Fe2O3>γ-FeOOH>δ-FeOOH的顺序降低. 但是, 在前三种催化剂上, 只有当Ag(I)的吸附量达到其饱和吸附量的一半时, Ag(I)的还原才能发生, 并且几乎不受氮气的影响. 在δ-FeOOH和TiO2体系中通入氮气, 能显著加快Ag(I)的光催化还原. 这说明O2与Ag(I)竞争催化剂上的吸附位点和还原物种, 且与催化剂的性质有关. XRD分析表明, α-Fe2O3和δ-FeOOH分别具有较好和较差的结晶度. 这说明氧化铁和羟基氧化铁的结晶度越高, 越有利于光生载流子的分离及其与表面目标物种发生氧化还原反应.