硼硫共掺杂TiO2的光催化性能及掺杂机理

采用水热法制备了硼硫共掺杂的TiO2光催化剂(TiO2-B-S),并用其光催化降解甲基橙.结果表明,在240℃下水热反应12h时制得的TiO2-B-S具有较高的催化活性,紫外光照射50min和太阳光照射230min时对甲基橙的降解率分别达99.8%和81%.X射线粉末衍射、紫外-可见漫反射光谱和X射线光电子能谱等研究表明,TiO2-B-S为锐钛矿晶型,硫硼掺杂能抑制TiO2粒径的生长;TiO2-B-S同时具有较高的紫外光和可见光活性的原因可能是掺杂的硼以B3 进入晶格中,导致TiO2晶格畸变,带隙变窄.掺杂的硼和硫还提高了TiO2的表面酸度和对可见光的吸收.     

TiO2纳米管阵列的制备、改性及其应用研究进展

新型纳米材料TiO₂纳米管阵列具有独特的、高度有序的阵列结构和良好的力学性能、化学稳定性以及抗腐蚀性能。该材料以纯金属钛为基体，在含有少量氟离子的电解质溶液中通过电化学阳极氧化法制得。本文综述了近年来TiO₂纳米管阵列在不同电解液体系中的制备工艺、形成机理、修饰改性及其在光催化降解污染物、太阳能电池、气敏传感材料、光解水制氢等领域应用的最新研究成果，并指出目前存在的问题，对今后的研究提出了展望。     

TiO2/ACF的制备及光催化降解四氯乙烯性能

以钛酸四丁酯为前驱物,活性炭纤维(ACF)为载体,蔗糖为胶粘剂,采用真空吸附水解的方法制得了TiO₂/ACF催化剂.采用BET、XRD、SEM等手段对其物理化学特性进行表征,以四氯乙烯光降解反应为探针反应,考察了TiO₂/ACF催化剂的光催化降解性能.实验结果表明,采用真空吸附水解法可以将TiO₂很好地负载到活性炭纤维表面上.通过优化条件制备的TiO₂/ACF催化剂在光照2h条件下,可以将水中溶解量的四氯乙烯降解90%以上.催化剂可以多次循环使用,光催化反应活性不变.     

铁、氦共掺杂二氧化钛薄膜的亲水性能

采用溶胶-凝胶法制备了铁掺杂TiO2(Fe-TiO2)薄膜,将Fe-TiO2薄膜放置氨气气氛中高温处理,形成铁、氮共掺杂TiO2(Fe/N-TiO2)薄膜.通过XRD、XPS、SEM、UV-Vis法进行吸收光谱分析及薄膜表面亲水接触角分析,研究了铁、氮掺杂浓度,热处理温度,膜厚等因素对薄膜亲水性能的影响.结果表明,Fe/N-TiO2(0.5%Fe,摩尔百分数)显示出更佳的亲水性能,在可见光下优势尤为明显.铁掺杂主要作用是降低电子和空穴的复合几率,氮掺杂可以增强TiO2薄膜在可见光区的吸收,两种效应相互结合,共同提高了薄膜在可见光下的亲水性能.     

表面稳定单质铜的介孔二氧化钛的光催化产氢性能

采用十二烷基硫醇作为保护剂有效地稳定住了光催化过程中介孔二氧化钛(m-TiO₂)表面原位生成的Cu⁰物种。通过X射线衍射,X射线光电子能谱,高分辨透射电镜,高角环形暗场扫描透射电镜等手段对催化剂的组成结构进行了表征,发现催化剂中仅有Cu⁰物种存在。在紫外光照射下,以甲醛水溶液为牺牲试剂测试了Cu⁰物种对介孔二氧化钛产氢性能的影响,发现适量的Cu⁰纳米颗粒能够极大地提高介孔二氧化钛的产氢性能。当Cu⁰的物质的量分数为1.0%时,Cu⁰/m-TiO₂表现出最高的产氢速率,为725μmol·h^-1·g^-1。该样品中Cu⁰纳米颗粒的尺寸为(4.2±0.9)nm。此外,通过气相色谱检测到产生的H₂和CO₂的物质的量之比为2:1,表明部分氢气来自于水分解。     

一种新型高比表面积 TiO2载体在 NH3选择性催化还原反应中对 V2O5分散性的促进作用

A titania support with a large surface area was developed, which has a BET surface area of 380.5 m2/g, four times that of a traditional titania support. The support was ultrasonically impregnated with 5 wt%vanadia. A special heat treatment was used in the calcination to maintain the large sur‐face area and high dispersion of vanadium species. This catalyst was compared to a common V2O5‐TiO2 catalyst with the same vanadia loading prepared by a traditional method. The new cata‐lyst has a surface area of 117.7 m2/g, which was 38%higher than the traditional V2O5‐TiO2 catalyst. The selective catalytic reduction (SCR) performance demonstrated that the new catalyst had a wid‐er temperature window and better N2 selectivity compared to the traditional one. The NO conver‐sion was>80%from 200 to 450 °C. The temperature window was 100 °C wider than the traditional catalyst. Raman spectra indicated that the vanadium species formed more V‐O‐V linkages on the catalyst prepared by the traditional method. The amount of V‐O‐Ti and V=O was larger for the new catalyst. Temperature programmed desorption of NH3, temperature programmed reduction by H2 and X‐ray photoelectron spectroscopy results showed that its redox ability and total acidity were enhanced. The results are helpful for developing a more efficient SCR catalyst for the removal of NOx in flue gases.     

氨法选择性还原氮氧化物 V2O5/TiO2-PILC催化剂的抗硫性能

选择性催化还原(SCR)是目前去除氮氧化物最有效的方法之一. V2O5/TiO2催化剂被广泛应用于氨法选择性还原氮氧化物(NH3-SCR)反应,但该催化剂存在工作温度高(300–400oC)及 SO2氧化率高引起设备腐蚀和管路堵塞等问题,开发低温 SCR催化剂具有重要意义.过渡金属氧化物(如 Fe2O3, MnOx和 CuO等)催化剂用于低温SCR先后见诸文献报道,但这些催化剂在 SO2和 H2O存在下易失活.近年来柱撑黏土(PILC)引起科学家广泛关注, Yang等首次将 V2O5/TiO2-PILC催化剂应用于 NH3-SCR反应,发现其催化活性高于传统 V2O5/TiO2催化剂.柱撑黏土基催化剂在 NH3-SCR反应中也显示出良好抗硫性能,但 V2O5/TiO2-PILC催化剂的抗硫机理至今尚未见深入研究.因此我们制备了一系列 V2O5/TiO2-PILC催化剂,采用原位漫反射红外等方法详细研究了其抗硫性能较好的原因.
　　首先采用离子交换法制备出 TiO2-PILC载体,之后采用浸渍法制备了不同钒含量(质量分数x/%=0,3,4,5)的xV2O5/TiO2-PILC催化剂.同时,制备了传统 V2O5/TiO2和 V2O5-MoO3/TiO2催化剂作为对比.活性评价结果显示,4V/TiO2-PILC催化剂具有最高的催化活性,其催化性能与传统钒钛催化剂相当.在160oC时, NO转化率可达80%以上.同时,4V/TiO2-PILC催化剂还具有较宽的反应温度窗口,在260–500oC范围内, NO转化率保持在90%以上.向反应体系中加入0.05% SO2和10% H2O后,在低温(160oC以下)时所有催化剂的反应活性都有一定提高,可能是由于 SO2的加入提高了催化剂的表面酸性.继续升高温度,4V/TiO2和4V6Mo/TiO2催化剂活性均明显下降,而4V/TiO2-PILC催化剂的活性则未出现明显下降.原位漫反射红外光谱结果显示, SO2在三种催化剂表面的吸附以表面硫酸盐或亚硫酸盐物种以及离子态 SO42–物种形式存在,而在4V/TiO2-PILC催化剂表面离子态 SO42–物种的量最少. X射线光电子能谱及 O2程序升温脱附结果显示,在4V/TiO2-PILC催化剂上,表面吸附氧(Oads)的量最少.综合上述分析可以得出,在 SO2气氛下,离子态 SO42–物种在 SCR催化剂表面的累积可能是导致其失活的主要原因,而离子态 SO42–物种的形成可能与催化剂表面吸附氧的量有关.     

微反应器中二氧化钛/过氧化氢协同光催化降解及其应用

在微流控芯片中利用二氧化钛/过氧化氢(TiO2/H2O2)催化体系进行有机物的光催化降解及环境水样重金属分析.通过在微流控芯片中涂覆多孔纳米TiO2涂层,并以UV-LED为光源,制备光催化微反应器.以H2O2为光催化氧化剂,在光强为80 mW/cm2,流速为1000 μL/h,H2O2浓度为8%时,光反应时间为19 s的条件下,0.2 mmol/L 亚甲基兰降解率可达99.6%.将此方法应用于含富里酸水样中Cd2+和Zn2+含量的测定,水样中2.5 g/L富里酸可在96 s内基本降解完全,释放出被吸附的Cd2+和Zn2+,实现准确测定.本方法具有降解效率高, 二次污染少, 分析速度快等优点,在环境水样分析中有较好的应用前景.     

纳米TiO2 的光致发光性能与SERS效应的关系

以采用溶胶-水热法制备的纯TiO₂及Zn掺杂的TiO₂纳米粒子作为SERS活性基底, 研究了其光致发光机制及其与表面增强拉曼散射(SERS)性能的关系. 结果表明, TiO₂纳米粒子的表面缺陷和氧空位等表面性质在其光致发光和增强拉曼散射性能中发挥着重要的作用. 在表面缺陷和氧空位含量较低时, TiO₂纳米粒子的光致发光光谱(PL)信号越强, 其SERS性能就越高; 当TiO₂纳米粒子的表面缺陷和氧空位含量达到一定程度时, TiO₂纳米粒子的PL信号越弱, 其SERS性能越高.     

TiO2/Mo-TiO2 的制备、表征和光催化活性

 采用溶胶-凝胶法制备了掺 Mo 的 TiO2 粉末, 再由其制得 TiO2/Mo-TiO2 复合物光催化剂. 使用 X 射线光电子能谱、X 射线衍射、透射电镜、N2 吸附-脱附、紫外-可见漫反射光谱和荧光光谱等手段对催化剂进行了表征. 在紫外光照射下, 以甲基橙溶液降解为探针反应, 研究了 Mo 掺杂量对样品光催化活性的影响. 结果表明, Mo-TiO2 催化剂的活性不如纯 TiO2, 这是因为 Mo 离子促进了光生载流子的复合; 而带有 n-n 异质结半导体结构的 TiO2/Mo-TiO2 复合催化剂具有比纯 TiO2 和 Mo-TiO2 催化剂更高的光催化活性. 当 Mo 掺杂摩尔分数为 2%, TiO2:Mo-TiO2 质量比为 10:1 时, 活性是纯 TiO2 的 1.57 倍.