掺杂TiO2纳米粉的合成、表征及催化性能研究

 考察了制备方法对掺杂Fe2O3,ZrO2或SnO2的TiO2纳米粉的XRD谱及催化性能的影响．结果表明,用共沉淀法制备的Fe2O3·TiO2对其XRD谱强度的影响较大,而负载法制备Fe2O3／TiO2对其XRD谱的强度无影响;两种方法制备的掺杂ZrO2或SnO2的TiO2样品对XRD谱均无影响．TEM结果表明,TiO2纳米粉的晶粒均匀,粒径为14～18nm．苯酚水溶液的光催化氧化分解反应结果表明,与TiO2样品相比,负载型Fe2O3／TiO2的催化活性明显较高,但ZrO2／TiO2,SnO2／TiO2和共沉淀型Fe2O3·TiO2的催化活性变化不大．可以认为,对掺杂Fe2O3的TiO2催化剂,负载法是较好的制备方法．     

层状、花形和棒状钛酸铋纳米结构的可控合成及光催化性能

通过可控水热法,制备出层状、花形和棒状钛酸铋(Bi4Ti3O12,BIT)纳米结构。通过X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)观测其结构和形貌特征。XRD图显示,所制备的样品为层状钙钛矿结构。FESEM结果表明,通过控制水热过程的反应参数可以得到不同形貌的纳米粉体。紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表明BIT样品的带隙能约为2.63～2.95 eV。利用可见光(λ>420 nm)照射下的甲基橙降解实验评价了BIT样品的光催化性能。结果表明,BIT的光催化活性比掺氮TiO2(N-TiO2)高得多。所制备的层状BIT纳米结构光催化效率最高,经可见光照射360 min,甲基橙溶液的降解率可达95.0%。同时还研究了结构和形貌对不同条件下制备的BIT样品光催化活性的影响。     

室温下制备以{211}晶面为主的Ti1-xVxO2薄膜及其可见光催化性能

以金属Ti和V作为靶材,采用直流反应共溅射技术在室温下制备了以{211}晶面为主的锐钛矿相Ti_1-xV_xO₂薄膜,研究了不同V靶功率对Ti_1-xV_xO₂薄膜的薄膜成分、晶相结构和可见光催化性能的影响。研究表明,Ti_1-xV_xO₂薄膜的晶相结构为锐钛矿相,择优取向为(211),而结晶度受V靶功率的影响。随着V靶功率的增加,薄膜中V元素含量逐渐增加,同时,晶粒和沉积速率也逐渐增加。另外,当V靶功率为150 W时,薄膜的表面粗糙度值有一个最大值。V的掺杂导致薄膜的能带间隙变窄,对光的吸收向可见光区偏移,从而有效地改善了薄膜的可见光催化能力。当V靶功率为150 W时,Ti_1-xV_xO₂薄膜的能带间隙值为 2.82 eV,其在2 h的可见光照射下分解了80%的RhB染料。这被归结于能带间隙窄,高能晶面{211}和结晶度高的共同作用。     

硫掺杂氧化锡纳米材料的固相合成及其可见光降解百草枯

以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为模板, 采用低温固相反应法合成了硫掺杂二氧化锡(S-SnO₂)纳米粉体材料, 并用XRD、XPS、SEM、UV-Vis、FTIR及HR-TEM等技术对材料进行了表征, 探讨了S掺杂SnO₂纳米材料对百草枯的可见光降解性能, 分析了S掺杂效应的作用机理。结果表明, 采用固相反应法所得SnO₂及S-SnO₂纳米材料的禁带宽度变窄, SDBS对材料的表面结构具有一定的调控作用。S是以S(Ⅳ)和S(Ⅵ)的形式进入SnO₂晶格形成Sn_1-xS_xO₂晶体结构而不是进入SnO₂晶格间隙, Sn-O-S键的弯曲振动峰介于930~980 cm^-1之间。S的掺杂使SnO₂纳米材料表面活性增强, 光催化降解百草枯的活性依次为SnO₂ 2(SDBS) 2 2(SDBS), 2 h内, S-SnO_2(SDBS)样品对除草剂百草枯的光催化活性达95.2%, 其主要原因是S-SnO_2(SDBS)材料表面有更多的羟基和进入SnO₂晶格的S, 有利光生电荷的有效分离。     

半导体光解水制氢研究:现状、挑战及展望

通过半导体光催化分解水反应实现太阳能向清洁能源氢能的转化,是解决人类面临的能源和环境危机的终极途径之一。该过程的关键是开发宽光谱响应、高效的光催化剂,到目前为止,调控能带结构、制备活性晶面、构建异质结构、负载助催化剂等诸多方法被广泛应用于扩展半导体材料的吸光范围和提高其光催化活性。本文介绍了半导体光解水制氢的基本原理,并综述了该领域的研究进展,重点关注提高半导体光催化活性的方法及其所面临的挑战和瓶颈问题,并结合相关课题组的研究工作提出可能的应对策略。     

溶胶凝胶辅助水热可控合成ZnO不同形貌分级结构光催化剂

以Zn(NO₃)₂·6H₂O、柠檬酸和NaOH为原料,采用溶胶凝胶(sol-gel)辅助水热法,仅通过改变水热时间,就可得到片花、棒花及梭状3种不同形貌ZnO分级结构。利用XRD、SEM、UV-Vis DRS、光致发光光谱(PL)和氮低温吸附-脱附等手段对合成的ZnO样品进行了表征。推测了合成条件下不同形貌ZnO分级结构形成的机理。以活性翠兰(KGL)为模拟印染废水,考察了其光催化活性。结果表明,虽然所合成的不同形貌的ZnO样品在光照120 min后均能使KGL降解78%以上,但其中水热4 h得到的片花状ZnO光催化性能最好,可降解99%的KGL,这与其片花状的形貌、较大的比表面积、较多的表面氧缺陷和极性面有关。     

Fe2O3/TiO2纳米管阵列的制备及其光催化性能

在钛基体上采用阳极氧化法制备了TiO₂纳米管阵列,采用化学浴方法在TiO₂纳米管阵列上修饰了Fe₂O₃纳米颗粒.利用扫描电镜、X射线衍射和紫外可见漫反射光谱等手段对材料进行了表征,同时测试了材料的光电化学性能及其光催化降解亚甲基蓝染料废水的性能.结果表明,Fe₂O₃纳米颗粒的修饰将TiO₂纳米管阵列的光响应拓宽至可见光区域,提高了光电流,Fe₂O₃/TiO₂纳米管阵列的光电流是未修饰的TiO₂纳米管阵列的9倍.而在光催化反应中,亚甲基蓝最高降解率可达80%,比未修饰的TiO₂纳米管阵列高出30%.     

负载型纳米TiO2光催化降解活性艳红X-3B染料

光催化氧化;负载型纳米光催化剂;负载型纳米TiO2光催化降解活性艳红X-3B染料     

载体对负载型TiO2催化剂光催化性能的影响

 以活性碳（AC）和镁铝尖晶石（MA）为载体，采用真空吸附水解法制备了负载型光催化剂TiO2／AC和TiO2／MA，并采用TiO2溶胶负载法制备了活性碳负载催化剂TiO2（C）／AC．以氯仿为探针分子研究了其在催化剂上的吸附及光催化降解反应性能．结果表明，催化剂的制备方法、TiO2负载量与载体的吸附性能对光催化活性有明显的影响．通过优化制备条件，TiO2／AC催化剂的催化活性可提高到纳米TiO2的2．5倍．氯仿在AC上的饱和吸附量较高，但吸附强度较弱；在纳米TiO2上的吸附情况则正好相反．氯仿在AC和TiO2上吸附性质的差异有利于吸附在TiO2／AC上的氯仿分子从活性碳载体向TiO2光催化活性中心迁移．镁铝尖晶石载体对光催化反应没有明显的促进作用，与其基本上不吸附氯仿分子有关．与TiO2胶体负载法相比，真空吸附水解法是一种较好的负载型TiO2光催化剂制备方法．     

后处理对TiO_2纳米薄膜的表面结构和光催化活性的影响

半导体TiO2光催化材料对环境中各种污染物的明显去除效果已引起人们的广泛关注犤1～6犦。在普通钠钙玻璃表面涂制高光催化活性的TiO2纳米薄膜,制成环保建筑材料,不仅可以自洁玻璃表面,而且可以用于净化空气、处理废水等。但由于在热处理过程中玻璃基体内的Na+离子扩散到薄膜表面,形成光生电子和空穴的复合中心,使TiO2纳米薄膜的光催化活性大大降低犤7～10犦。为了减少玻璃中Na+离子对TiO2薄膜光催化活性的有害影响,Paz等犤8犦研究了将钠钙玻璃浸入酸溶液中,使玻璃表面的钠离子被酸中的氢离子置换出来;在玻璃表面形成SiO2凝胶层,以便阻…