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。     

La/TiO2-SiO2薄膜的光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同掺杂量的La／TiO2-SiO2复合薄膜．通过XRD、FE-SEM和AFM研究了复合薄膜的微观结构，采用紫外光照射下亚甲基蓝的分解实验比较薄膜的光催化性能．结果表明：La掺杂可显著提高TiO2-SiO2复合薄膜的光催化活性，以5％掺杂量为最佳，其光降解率比掺杂前提高了约23％．薄膜活性提高的主要原因是La掺杂后细化了TiO2的晶粒，提高了薄膜的比表面积，使其具有更高的氧化还原电势，La^3＋取代Ti^4＋进入到TiO2晶格，引起晶格膨胀，这种不同价离子的取代导致TiO2粒子表面电荷分布不平衡，从而提高了光生电子-空穴的分离效率．     

金属Cd~(2+)掺杂TiO_2纳米颗粒的制备及能级结构的影响机理

采用溶胶-凝胶法制备了Cd2+掺杂改性TiO2纳米颗粒,利用XRD、TEM、XPS和UV-Vis光谱对掺杂前后颗粒的结构和性能进行了表征。结果表明,溶胶-凝胶法制备的Cd2+掺杂TiO2纳米颗粒主要为锐钛矿相,粒径尺寸在20nm左右,掺杂前后TiO2的尺寸和形貌没有明显变化;结构表征和光谱测试结果发现,Cd元素在TiO2纳米颗粒中部分取代TiO2晶格中的Ti元素,以Cd2+的形式存在,形成Cd—O键,使TiO2纳米颗粒的吸收带边红移,降低了TiO2的禁带宽度。并且采用基于密度泛函理论的第一性原理对Cd掺杂TiO2进行了能级结构的模拟计算,发现理论结果与实验结果有较好一致性。     

硫掺杂纳米 TiO2的掺杂机理及可见光催化活性的研究

用酸催化溶胶-凝胶技脲与钛酸丁酯摩尔比S／Ti为3．5时，经500℃热处理后的催化剂的光催化活性最佳．通过XRD、DRS和XPS等研究表明硫掺术合成了硫掺杂纳米TiO2光催化剂粉末．光催化降解亚甲基蓝实验结果表明，当硫杂导致二氧化钛晶粒尺寸细化，并有效地抑制了相变温度．在热处理过程中硫由S^2-被氧化为S^4＋并进入到二氧化钛的晶格中取代了部分Ti^4＋位，导致了晶格的畸变，带隙变窄，从而导致对光的吸收发生了向可见光区移动．     

氮掺杂TiO2纳米粉体的制备及其可见光催化性能

以钦酸四丁酯和尿素为原料,采用溶胶-凝胶法制备了TiO2凝胶前驱体,干燥后在不同温度下进行热处理得到氮掺杂TiO2纳米粉体;以XRD,XPS,UV-Vis DRS等方法对氮掺杂TiO2纳米粉体的晶相、成分和光学性能进行了分析.结果表明,氮元素在TiO2晶格中主要以间隙掺杂形式存在,随着热处理温度升高和时间延长,TiO2...     

Fe3+-TiO2薄膜经不同温度退火后的可见光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了掺杂Fe3+的TiO2薄膜,并在不同温度热处理.用SEM、XPS、UV-vis等分析方法进行结构表征和性能测试,通过降解亚甲基蓝溶液测试其可见光光催化活性.结果表明,723K时掺杂Fe3+的TiO2薄膜已经结晶,粒径为40～50nm.掺杂元素以Fe3+并口Fd2+形式存在于TiO2晶格并取代Ti4+形成Ti-O-Fe键,改变了TiO2的表面态,使TiO2带隙变窄,促进了对可见光的吸收.降解实验结果表明,823K热处理后掺杂铁的TiO2薄膜其光催化活性最好,在25W白炽灯模拟可见光下照射3.0h后,亚甲基蓝溶液的降解率接近30%.     

非金属元素C、N、F掺杂锐钛矿型TiO2的缺陷形成能和电子性质

非金属杂质掺杂TiO2半导体改善对可见光区域的光催化性质是近年来的一个研究热点,但相关杂质缺陷的形成能研究却不多。通过基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,研究了非金属元素C、N、F掺杂锐钛矿型TiO2之后的缺陷形成能与电子性质。结果表明,3种元素掺杂进入TiO2后缺陷形成能的大小排序为C>N>F,说明F元素最容易掺杂进入TiO2晶格。但是掺入F元素后对TiO2禁带宽度的改变不大,在提高TiO2对可见光的响应方面F元素的效果不如N、C两种元素。因此,对于掺杂来改善TiO2对可见光的响应方面,N元素比C、F的效果更好。     

过渡金属掺杂纳米氧化钛薄膜的制备及表征

采用Sol—gel法制备了Ni^2＋、Fe^3＋和Cu^2＋离子掺杂TiO2薄膜,并对其进行了XRD、AFM表征。通过对掺杂TiO2薄膜结构分析发现,过渡金属离子掺杂TiO2后并没有导致TiO2的晶型改变,但Ni^2＋、Fe^3＋和Cu^2＋离子掺杂后使TiO2的晶格发生畸变,产生晶格缺陷,从而使TiO2晶体中电子浓度发生变化,影响光催化性能。     

Ni2O3/TiO2-xNx可见光催化剂的制备及表征

用溶胶-凝胶法制备了一种新型可见光催化剂Ni2O3/TiO2-xNx,用热分析、X射线光电子能谱及X射线衍射等进行了分析表征,并以偶氮染料阳离子红为目标污染物,分析了催化剂可见光下的催化活性.结果表明,Ni2O3/TiO2-xNx催化剂样品450℃处理后呈锐钛矿型.N元素进入TiO2晶格,Ni元素以Ni2O3的形式游离于TiO2晶格之外.相对于无掺杂TiO2,Ni2O3/TiO2-xNx催化体系由于N元素的掺杂使其在可见光区域的吸收大大增强, Ni2O3掺入加快了光生电子-空穴的分离和转移,因此可见光下的催化活性和光电化学活性大大提高.     

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.     

S、RE共掺杂TiO2的制备及其可见光分解水制氢性能

采用溶胶-凝胶法制备了系列稀土(La、Eu、Nd、Tb、Er)和硫共掺杂TiO2光催化剂RE/S/TiO2。通过紫外-可见(UV-Vis)漫反射、X射线衍射(XRD)对催化剂进行了表征。以EDTA为电子给体,考察了光催化剂在可见光照射下的制氢活性。研究结果表明,S/TiO2具有可见光活性,稀土掺杂进一步提高了S/TiO2可见光活性,其活性顺序依次为Eu/S/TiO2>La/S/TiO2>Nd/S/TiO2>Tb/S/TiO2>Er/S/TiO2。与纯TiO2和S/TiO2光催化剂相比,稀土掺杂使催化剂的粒径减小,晶格畸变应力增大,从而提高了催化剂可见光制氢活性。     

硫掺杂TiO_2空心球制备及光催化性能研究

以聚苯乙烯-丙烯酸羟乙酯共聚(P(StHEA))微球为模板、钛酸四丁酯和硫脲为主要原料,制备了硫掺杂二氧化钛(S-TiO2)空心球,采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和X光电子能谱(XPS)表征产物的形貌、晶型以及硫元素的掺杂状态,并以甲醛溶液模拟废水,研究了S-TiO2空心球的紫外光催化性能。结果表明,煅烧去除了P(St-HEA)微球模板,成功得到TiO2空心球,硫元素掺杂对TiO2空心球的粒径和形貌影响不大。STiO2空心球锐钛矿型晶粒的尺寸缩小,晶型由纯的锐钛矿型转化为锐钛矿/金红石型混合晶型。硫脲引入的硫离子,以S4+状态取代TiO2晶粒中的Ti4+离子,形成Ti1-xSxO2固溶体。S-TiO2空心球光催化性能优于TiO2空心球,且空心球的光催化性能优于粉体P25。STiO2空心球在紫外光下照射2 h,降解甲醛的催化效率为60%。     

N掺杂TiO2纳米粉体的表面特性及可见光活性

旨在探究N掺杂纳米TiO2具有可见光活性的本质,采用XPS、ESR、XRD、SEM、DRS、SPS和PL分析技术对sol-gel法制备的未掺杂和N掺杂TiO2纳米粉体进行了对比研究,并以亚甲基蓝(MB)溶液在可见光下的光催化脱色评价其可见光活性。结果表明,N掺杂TiO2纳米粉体具有良好的可见光活性,未掺杂样品几乎没有可见光活性。N取代TiO2晶格中O形成了N─Ti─O和O─N─Ti键合结构产生杂质能级,N掺杂导致TiO2表面形成了大量束缚单电子的氧空位产生缺陷能级,二者协同作用致使带隙窄化,光吸收带边红移,产生可见光活性。N掺杂导致TiO2晶格中p-n结的形成及表面氧空位和表面羟基的增加均能促进光生e-/h+分离,有效抑制光生e-/h+复合,提高量子效率,进而提高其光活性。     

泡沫镍负载N掺杂TiO_2及其可见光催化降解甲醛的性能

以钛酸四丁酯为Ti源,尿素为N源,直接低温水热合成N掺杂TiO2粉末,并以泡沫镍为载体负载N掺杂TiO2粉末.采用XRD、SEM、TEM、UV-Vis和XPS对N掺杂TiO2粉末进行表征,并研究了其可见光催化降解甲醛气体的性能.结果表明N原子成功地掺杂到TiO2晶格中,使其晶格常数a和c变大.N原子替代了晶格中部分O原子和Ti原子,N的化学价态表现为Ti-N-Ti和O-N-O形式,N掺杂TiO2可描述成Ti1-yO2-xNx+y-TiO2-xNx形式,其吸收边界红移到600nm处.SEM结果表明N掺杂TiO2可以均匀弥散地分布于泡沫镍的载体上,且具有高的可见光催化降解甲醛气体的能力。     

N,Fe共掺杂TiO_2纳米材料的固相合成及其对喹啉的可见光降解

采用固相反应法分别合成了铁掺杂二氧化钛(Fe-TiO2)及氮和铁共掺杂二氧化钛(N-Fe-TiO2)纳米材料.并对材料进行了XRD、SEM、UV-Vis、XPS、AAS及全自动元素分析等技术的物相织构及元素组成表征,同时研究了催化剂对喹啉的可见光降解性能.结果表明,在球形的N-Fe-TiO2纳米材料中,N以阴离子(N3-)进入二氧化钛晶格,Fe3+以同晶取代方式占据TiO2晶格中Ti的位置,紫外-可见漫反射吸收光谱红移到600nm.N/Fe投料比的增大有助于N-Fe-TiO2催化剂晶型的转化.在25℃、pH=6.5下,所制得的光催化材料对喹啉的可见光降解行为均具有较高的光催化活性,并服从一级反应动力学规律,而纯TiO2对喹啉不降解.N-Fe-TiO2(n(N2H4.H2O):n(FeCl3.6H2O)=1:9)催化剂对喹啉的可见光降解速率常数比Fe-TiO2大.     

氮掺杂TiO_2中空复合微球的制备及可见光光催化性能

为了提高TiO2的可见光光催化性能,以微米级聚苯乙烯微球为模板,钛酸四丁酯为前驱体,三乙胺为氮源,采用静电吸附自组装法制备了粒径为1.20μm、壳层的厚度约为30nm且球形形貌良好的氮掺杂TiO2中空复合微球,采用SEM、XPS、XRD和紫外-可见分光光度计研究了其结构及光催化性能。结果表明:氮进入TiO2晶格内取代了部分O并改变了晶格中Ti和O的化学状态,但对TiO2晶型结构没有明显影响;氮掺杂后的TiO2中空复合微球禁带宽度变窄,氮掺杂TiO2中空复合微球不仅在紫外区有较强的光吸收能力,在可见光区也表现出较强的光响应性,对甲基橙的光催化降解率较Degussa P25型纳米TiO2的明显增强。研究结果对TiO2在光催化领域的应用具有理论指导意义。     

硅掺杂TiO2纳米管阵列的制备及光电催化活性的研究

通过电化学沉积,在阳极氧化法制备的高度有序TiO2纳米管阵列表面均匀地沉积Si元素.扫描电子显微照片显示Si掺杂的TiO2纳米管垂直于基底定向生长.X射线衍射分析表明,所引入的Si可能掺入到TiO2的晶格中,因而提高了TiO2的热稳定性,抑制了金红石相的生成及晶粒的长大.紫外-可见漫反射分析表明Si掺杂的TiO2纳米管吸收边带发生了明显的蓝移,并且在紫外区的吸收强度明显增强.与未掺杂的TiO2纳米管相比,Si掺杂TiO2纳米管电极的紫外光电化学响应显著提高,其光电流密度是未掺杂的1.48倍.硅掺杂TiO2纳米管阵列光电催化降解五氯酚的动力学常数(1.651h-1)是未掺杂TiO2纳米管电极(0.823h-1)的2.0倍.     

Ce-N-C共掺对锐钛矿TiO2(101)面电子结构和光学性质的影响

基于广义梯度近似的第一性原理,分析了Ce-N-C三元素共掺杂对锐钛矿TiO2(101)面光学吸收性质的影响,结果表明:Ce、N、C掺杂锐钛矿TiO2后Ce原子倾向于占据间隙位置而C和N原子更倾向于替位O原子.Ce、N、C掺杂一方面使带隙减小,另一方面在禁带中引入了Ce-4 f、N-2 p、C-2 p杂质态,这都有利于可见光的吸收.另外Ce、N、C掺杂锐钛矿TiO2(101)面的带隙和带边位置都得到很好的调控,满足光催化制氢条件.     

硫掺杂TiO2的制备及其光催化降解次甲基蓝研究

以TiCl4、(NH4)2SO4为原料,采用溶胶-凝胶法制备了硫掺杂纳米TiO2,利用XRD、TEM、FTIR等对样品进行了表征,并将其用于光催化降解次甲基蓝溶液.结果表明:制备的纳米TiO2为锐钛矿晶型,具有超强酸特征,平均粒径分布为10～30nm,S掺杂对TiO2的晶粒长大有抑制作用,经过硫掺杂的纳米TiO2光催化活性明显优于纯TiO2.     

掺杂TiO_2纳米管的润湿性能与体外生物活性(英文)

以低模量钛合金(Ti35Nb和Ti35Nb15Zr)为阳极氧化基材,采用表面阳极氧化方法制备出铌元素和锆元素掺杂的非晶TiO2纳米管阵列,比较了掺杂前后纳米管的润湿性能与体外生物活性.实验结果表明,加入铌和锆元素可减小TiO2纳米管的管径,并有助于增大TiO2纳米管的长度.TiO2纳米管表现出与未氧化前的金属基材所不同的疏水行为.掺杂TiO2纳米管的润湿性随着掺杂元素的变化而变化,铌元素的掺杂可使TiO2纳米管的润湿性改善,铌元素和锆元素共同掺杂对润湿性的改善作用更明显.在模拟体液(SBF)中浸泡后,掺杂TiO2纳米管可快速诱导磷灰石的形成.铌锆元素共同掺杂的纳米管在初始浸泡阶段呈现较快的磷灰石沉积速率.上述研究结果表明,可以通过基材合金化设计来调控或修饰材料表面的亲水或疏水性能,从而探索掺杂TiO2纳米管的生物学性能。