N掺杂TiO2/SiO2双层中空微球的制备及可见光光催化活性研究

以阳离子PS为模板,正硅酸乙酯和钛酸丁酯为前驱体,三乙胺为氮源,采用溶胶-凝胶法,通过层层静电自组装制备了N掺杂TiO2/SiO2 (N-TS)复合微球,并经高温焙烧得到具有介孔结构的N-TS双层中空微球.采用Zeta-plus激光粒度及电位仪、SEM、XRD、UV-Vis等对微球的结构进行表征,以亚甲基蓝为目标污染物,考察了N-TS双层中空微球的可见光光催化活性.结果表明,通过SiO2和TiO2的交替包覆形成了双壳层结构,保持了中空微球完整的球形形貌;N的掺入有效拓宽了TiO2光响应范围且在可见光区域吸收明显增强,在掺N量为n(N) /n(Ti)=10、500℃焙烧得到的双层中空微球可见光催化活性最优,2h内亚甲基蓝几乎完全降解,同时中空微球在重复使用过程中依然能保持较高的可见光光催化活性.     

钒铁掺杂TiO_2微球的制备及其光催化性能研究

采用水热法在不使用模板剂的条件下合成了在水中分散良好、粒径为300～800nm、规则的锐钛矿型TiO2微球.用NH4VO3和FeC2O4按原子分数为0%、0.8%、1.6%、2.4%进行V5+、Fe3+掺杂;当TiO2质量浓度为0.134g/L、pH值为9时进行可见光降解20mg/L亚甲基蓝实验.结果表明,V掺杂的降解效果与P25粉接近,Fe掺杂有抑制光催化的效果,钒铁共掺杂则呈现出短期降解能力优于未掺杂微球,并且比P25粉沉淀得更彻底、更迅速.通过XRD、FTIR、SEM分析发现,TiO2微球是由粒径约为10nm的晶粒组成,V5+进入TiO2的晶格,Fe3+则以QFe2O3形式存在于微球中.     

氮掺杂纳米TiO2光催化材料的制备及表征分析

以钛酸丁酯为钛源,尿素为氮源,采用溶胶——凝胶法制备纳米TiO2胶体。通过XRD、FI-IR、TG/DTG、UV-VisDRS等分析方法发现,氮掺杂对TiO2的晶型转化起抑制作用;紫外-可见光吸收光谱的分析结果表明,氮掺杂纳米TiO2可有效增强其紫外光区和可见光区吸收性能,拓展了纳米TiO2的光响应波长范围,提高了其光催化性能。     

磷掺杂金红石TiO2电子结构的第一性原理研究

TiO2作为一种光催化材料,具有广阔的应用领域.近几年,利用掺杂改性来改善TiO2光催化性已成为当今研究的热点.本文采用第一性原理方法和超晶胞模型计算了磷元素掺杂金红石相TiO2的电子结构,并分析了三种不同掺杂位置的电子结构对TiO2光催化性能的影响.计算结果表明,P置换O和P在晶格间隙位置的掺杂对TiO2的带隙影响比较明显,在带隙中均形成了中间掺杂能级,都有可能使TiO2吸收带出现红移现象或产生在可见光区的吸收,但P在晶格间隙位置的掺杂所形成的中间掺杂能级比较平稳,有可能改善TiO2光催化性能,其中磷原子的3p态起了重要作用.     

TiO_2微球的制备及N掺杂改性研究

通过水热结合热处理法制备了N掺杂和未掺杂的表面粗糙的TiO2微球。结果表明,N掺杂将TiO2微球的光谱吸收范围拓宽到了可见光区,光谱吸收能力增强和氧空位增多是提高TiO2微球光催化活性的主要积极因素,结晶度下降和孤立的N 2p能级对光生载流子的捕获起着次要的负面作用。     

煅烧温度对TiO_2中空微球光催化性能的影响

以分散聚合法制得的单分散阳离子聚苯乙烯（PS）微球为模板,钛酸丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶法在模板表面包覆TiO2壳层,并在不同煅烧温度下制备了晶相结构不同的微米级中空TiO2微球。采用TEM、SEM、FT-IR、XRD、UV-Vis DRS对样品的微观结构、相态组成及光催化性能进行了表征。结果表明TiO2中空微球平均粒径达到1.23μm,壳层厚度约为30nm;随着煅烧温度增加,锐钛矿晶粒尺寸会增加,并在700℃时出现混晶结构;在500℃煅烧得到的TiO2中空微球对甲基橙（MO）降解表现出比P25更好的光催化性能及光催化稳定性。     

TiO2膜/硅胶复合微球的制备及光催化性能

采用硅胶微球为载体,以TiO2溶胶为涂膜液,制备TiO2膜/硅胶复合微球,用XRD,FT-IR和显微镜等对催化剂的物相、形貌行了表征,并考察其对甲基橙溶液的光催化降解性能.结果表明:TiO2膜和硅胶微球之间存在化学键合作用,涂膜5层微球粒径为0.5～3mm,呈白色,水溶液中透明,是理想的光催化材料.其光催化性能随涂膜层数和催化剂用量的增加而增大,涂膜的5层微球甲基橙降解率可达85%.     

煅烧温度对N掺杂TiO_2中空介孔微球光催化性能的影响

以三乙胺为氮源,采用层层自组装和高温煅烧方法制备球形形貌良好的N掺杂TiO2中空介孔微球(N-THS),使用XPS、XRD、UV-VisDRS等手段研究了煅烧温度对其结构和光催化性能的影响。结果表明,N进入TiO2晶格内取代了部分O元素并改变了晶格中Ti和O的化学状态;在400-600℃煅烧所得TiO2呈现锐钛矿相结构,将煅烧温度提高到700℃则出现向金红石相的转变,且TiO2的晶粒尺寸随着煅烧温度的提高而增大。N-THS在可见光区具有明显的吸收性能,吸收光谱带也发生了明显红移,对MO溶液均具有较好的降解效率;而随着煅烧温度的降低,可见光区吸收相应增强,降解效率提高,在400℃锻烧的N-THS经光照射80min后其降解率达到93.5%。     

湿法碳氮硫共掺杂TiO2的制备及其光催化活性

以全硫碳酸铵为掺杂剂,采用湿法由硫酸钛出发制得碳氮硫共掺杂TiO2,通过XRD和XPS对掺杂TiO2进行了表征,并对掺杂TiO2的光催化活性进行了考察。结果表明,微波辅助加热制备的掺杂TiO2中,C元素部分替位取代了TiO2晶格中的Ti 4+;N元素以两种掺杂形式存在,即进入TiO2晶格替位取代O2-产生掺杂和通过化学吸附进入晶格间隙产生掺杂;S元素主要提供S 2p形成S6+取代Ti 4+进入晶格进行掺杂;以甲基橙溶液为对象进行光催化降解,当掺杂量α为1.6、500℃焙烧2h时,掺杂TiO2表现出较高的可见光催化活性,光照70min使浓度为20mg/L的甲基橙溶液的降解率达到99.64%,明显提高了纳米TiO2的光催化活性。     

简单有效氮掺杂TiO2纳米微晶的制备、表征及其可见光活性

以尿素为氮源,采用简单的酸催化溶胶-凝胶法制备了氮掺杂TiO2纳米光催化剂,以甲基橙在可见光照射下的光催化降解为探针反应,评价了其光催化活性。运用XRD、XPS和UV-Vis DRS光谱表征技术考察了氮掺杂TiO2样品的微晶尺寸、晶相结构、表面组成及其吸光特性。结果表明氮掺杂减小了TiO2的带能隙,氮掺杂TiO2纳米微晶对400～530nm的可见光有较强的吸收,在降解甲基橙的实验中表现出良好的可见光催化活性。其中,400℃焙烧制得的具有单一锐钛矿相型,晶粒尺寸为14.94nm的TiO1.9904N0.0096样品的可见光催化活性最佳。     

TiO2-ZnO复合中空微球的制备及光催化性能

以Ti（SO₄）₂和Zn（NO₃）₂为原料,采用水热法制备TiO₂-ZnO复合中空微球光催化剂。通过FTIR、XRD、SEM、紫外可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、XPS及N₂吸附-脱附等方法对TiO₂-ZnO复合光催化剂的结构和性能进行表征,并以亚甲基蓝（MB）为目标降解物,评价TiO₂-ZnO复合中空微球光催化活性。结果表明,TiO₂-ZnO光催化剂具有中空微球结构,粒径为1~2 μm,比表面积为30.46 m2/g。TiO₂的加入可提高ZnO对光的吸收,有效降低电子空穴复合率。在高压Hg灯照射下,TiO₂-ZnO复合中空微球的光催化性能均高于纯ZnO,其中Zn（NO₃）₂与Ti（SO₄）₂摩尔比为1:0.7条件下制备的TiO₂-ZnO复合中空微球样品表现出较好的光催化活性,光照60 min,对MB的降解率可达95.8%,其光催化降解速率是纯ZnO的4.3倍。      

中空TiO2微球的制备及其对聚丙烯酸酯薄膜保温性能的影响

以阳离子PS微球为模板, 钛酸四丁酯为钛源, 氨水为催化剂制备中空TiO₂微球, 通过物理共混法将中空TiO₂微球引入到聚丙烯酸酯薄膜中, 考察了中空TiO₂微球的空心粒径及用量对复合薄膜光反射性、导热系数及力学性能的影响。结果表明: 中空TiO₂微球的引入可显著提升聚丙烯酸酯薄膜的各项性能, 中空TiO₂微球的空心粒径和用量对复合薄膜的性能有不同程度的影响, 随着中空TiO₂微球空心粒径和用量的增加, 复合薄膜的性能基本呈现先提升后降低的趋势, 其中当中空TiO₂微球空心粒径为300 nm、用量为1%时, 所制备的复合薄膜保温性能和力学性能最优。     

铕掺杂的TiO2空心微球的制备及光催化性能

通过溶胶-凝胶法制备未掺杂和铕掺杂的TiO₂空心微球, 采用XRD、SEM、TEM、HRTEM、BET和XPS等技术对样品进行表征, 以亚甲基蓝的光催化降解为目标反应, 评价其光催化活性。结果表明, 钛酸四丁酯(TBOT)的加入量对微球的形貌影响较大, 当滴加1.5 mL的TBOT时, 可得结构清晰、分散性良好的TiO₂空心微球。XRD分析表明, 400℃煅烧的纳米TiO₂空心微球为锐钛矿, 掺铕可抑制TiO₂的晶相转变。光催化实验表明, 铕掺杂能显著提高TiO₂空心微球的活性。当铕掺量为0.7%时, 所得样品粒径和孔径最小, 比表面积最大, 光催化活性最高。     

一步火焰辅助热解法制备可见光响应的嵌碳Mn掺杂TiO2微球

通过一步火焰辅助热解法制备不同Mn掺杂量的嵌碳TiO₂微球, 利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、紫外可见漫反射谱(DRS)、X射线能谱(XPS)、拉曼光谱对其进行表征。SEM和XRD结果表明所制备的TiO₂为微球形貌, 且具有锐钛矿晶型, XPS和Raman分析表明Mn掺入TiO₂晶格, 紫外可见漫反射谱显示引入Mn后可增强对可见光的吸收。Mn掺杂嵌碳TiO₂微球在可见光下对亚甲基蓝(MB)具有更强的降解能力。与其他方法相比, 本方法具有简单, 便捷, 对环境友好, 无需热处理的优点, 可用于制备其他金属元素掺杂的样品, 具有较大的应用潜力。     

3D多级孔rGO/TiO2复合材料的构筑及其光催化性能研究

研究以聚苯乙烯(PS)微球为模板、氧化石墨烯(GO)和钛酸四丁酯(TBT)为原料, 采用溶胶-凝胶法, 利用GO与PS上的官能团和TiO₂前驱体的多重配位反应, 制备了3D多级孔rGO/TiO₂(PS)复合材料。通过不同手段对样品的结构和形貌进行表征, 研究了PS添加量对rGO/TiO₂复合材料晶体结构、微观形貌及光催化性能的影响。分别在模拟紫外光和可见光下, 以盐酸四环素(TTCH)为目标污染物对不同PS加入量制备的3D多级孔rGO/TiO₂(PS)复合材料的光催化性能进行评价, 并在模拟可见光下, 对3D多级孔rGO/TiO₂(5wt%PS)复合材料进行了多次循环回收测试。结果表明: rGO/TiO₂(PS)复合材料具有3D多级孔块体结构, GO作为基体的增强相通过Ti-O-C键保持多级孔刚性骨架结构的稳定。引入PS增大了rGO/TiO₂(PS)复合材料的比表面积, 3D多级孔rGO/TiO₂(7wt% PS)复合材料对TTCH吸附效率最高, 而3D多级孔rGO/TiO₂(5wt%PS)复合材料光催化活性和稳定性最高, 且经过4次循环回收测试, 其光催化效率仍达81.02%; 模板剂PS的最佳引入量为5wt%。     

Photocatalytic degradation of Orange G on nitrogen-doped TiO2 catalysts under visible light and sunlight irradiation

In this paper, the degradation of an azo dye Orange G (OG) on nitrogen-doped TiO₂ photocatalysts has been investigated under visible light and sunlight irradiation. Under visible light irradiation, the doped TiO₂ nanocatalysts demonstrated higher activity than the commercial Dugussa P25 TiO₂, allowing more efficient utilization of solar light, while under sunlight, P25 showed higher photocatalytic activity. According to the X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and UV–vis spectra analyses, it was found that both the nanosized anatase structure and the appearance of new absorption band in the visible region caused by nitrogen doping were responsible for the significant enhancement of OG degradation under visible light. In addition, the photosensitized oxidation mechanism originated from OG itself was also considered contributing to the higher visible-light-induced degradation efficiency. The effect of the initial pH of the solution and the dosage of hydrogen peroxide under different light sources was also investigated. Under visible light and sunlight, the optimal solution pH was both 2.0, while the optimal dosage of H₂O₂ was 5.0 and 15.0 mmol/l, respectively.     

Synthesis,characterization, antibacterial and photocatalytic performance of Ag/AgI/TiO2 hollow sphere composites

Dispersed TiO₂ hollow spheres were successfully prepared which was obtained via Ostwald ripening under solvothermal conditions without any templates or surfactants. Then, the AgI/TiO₂ was synthesized by the deposition−precipitation process. Finally, Ag/AgI/TiO₂ was obtained by a photocatalytic reduction way. Their characteristics were analyzed by XRD, SEM, HRTEM, N₂ adsorption−desorption measurements and UV-vis absorption spectra. To demonstrate the potential applications of such composites, their antibacterial activity against Escherichia coli (E. coli) was studied by microcalorimetry for the first time, and their photocatalytic performance for degradation of different organic dyes under simulated UV and visible light was discussed. The results indicated that Ag/AgI/TiO₂ hollow spheres revealed elevated antibacterial and photocatalytic activity because of their unique morphology, hollow structure and high surface area. The mechanism of the excellent antibacterial and photocatalytic activity of Ag/AgI/TiO₂ hollow spheres are discussed which are attributed to the synergetic effect of Ag, AgI and TiO₂. It suggested that the new Ag/AgI/TiO₂ photocatalyst has broad application prospects in solar cell, sensor, antibacterial, catalysis and nanotechnology.     

一步水热合成Sm3+-SrTiO3/TiO2复合纳米纤维及可见光催化性能

以电纺TiO₂纳米纤维为基体和反应物,通过一步水热法,将SrTiO₃原位构筑在TiO₂纳米纤维表面的同时将稀土Sm³⁺掺入SrTiO₃中,合成了Sm³⁺-SrTiO₃/TiO₂复合纳米纤维光催化材料.利用XRD、XPS、FESEM和HRTEM等测试手段对样品进行了表征.以罗丹明B和对氯苯酚模拟有机污染物进行光催化降解.结果表明：稀土Sm³⁺掺杂进入SrTiO₃晶格取代Sr²⁺,在SrTiO₃禁带内形成杂质能级,拓宽了光谱响应范围;同时在SrTiO₃晶格内引入了缺陷位,成为电子的捕获中心,降低了载流子的复合几率;而SrTiO₃与TiO₂复合形成异质结,进一步提高了光生电子-空穴的分离程度,Sm³⁺-SrTiO₃/TiO₂复合纳米纤维表现出良好的可见光催化活性。     

TiO2/静电纺PAN基碳复合材料的制备及光催化性能

为了同时提高催化剂的光催化和回收能力,以聚丙烯腈(PAN)和钛酸四丁酯(TBT)作为碳纳米纤维(CNFs)和TiO₂前驱体,通过静电纺丝和热处理方法制备了TiO₂/CNFs复合材料,并通过SEM、XRD、Raman、UV-vis分光光度计等对TiO₂/CNFs复合材料的形貌、晶体结构、光吸收性能、导电性和光催化性能进行了研究。结果表明:随TBT添加量的逐渐增多,TiO₂/CNFs复合材料在热处理过程中卷曲形态逐渐消失,并且TBT在碳化过程中完全转化为锐钛矿TiO₂;TiO₂/CNFs复合材料光吸收边缘由纯TiO₂的紫外光区扩展至可见光区,提高了催化剂对太阳光的利用率;同时,在模拟太阳光照射180 min,TiO₂/CNFs复合材料对RhB的光催化降解率最大可达到95.71%,并且在连续重复使用5次后光催化降解效率仍可达到约90%。      

Ag/TiO2纳米粒子的制备及其光催化降解苯酚的性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子,采用涂覆法制备了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子光催化剂基板样品。使用XRD、SEM和拉曼光谱等手段,对TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子进行了晶格结构和表面形貌研究;通过UV-Vis,研究了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子光催化剂基板样品在光催化反应器中对苯酚的光催化降解性能。结果表明,制备的TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子均为纯净的金红石相,二者表面形貌并没有明显区别,Ag单质粒子成功负载在TiO₂纳米材料上;Ag单质粒子的负载,明显增强了TiO₂纳米粒子对可见光的吸收,且Ag/TiO₂纳米粒子薄膜对苯酚的光催化降解性能明显优于TiO₂纳米粒子薄膜;在光催化降解1 h后,TiO₂纳米粒子薄膜仅催化降解了溶液中30%(质量分数)的苯酚,且光催化降解出现了饱和趋势,而Ag/TiO₂纳米粒子薄膜可催化降解溶液中50%(质量分数)的苯酚,且在光催化降解3 h后,仍未出现饱和趋势。