稀土掺杂TiO_2并负载聚合物微球光催化材料的性能研究

采用"Pickering"聚合法,制备了4种稀土掺杂纳米TiO_2并负载于氨基树脂微球的复合光催化材料,实现了对TiO_2的负载固定。应用Fe-SEM和UV-Vis漫散射光谱等手段表征了材料的微观形貌和光谱学性质。以气体甲醛作为污染物,分别在紫外灯和白炽灯下测试其光催化效能。结果发现,掺杂稀土并负载的复合光催化剂呈微球型,尺寸1~3μm,对甲醛气体分别有82%和75%的降解效率;400℃焙烘处理后,催化微球性能恶化;对比无稀土掺杂,TiO_2仅负载的样品,反应初期有降解甲醛的功能,后期光催化效能消失。表明掺杂稀土和固定TiO_2,能有效拓宽TiO_2的光响应范围,提升其应用性能。     

Al2O3/TiO2复合光催化薄膜的制备、表征及性能研究

近年来,二氧化钛光催化技术正成为光化学、能源、环境以及材料等领域的研究热点。作为一种新型的环境净化材料,TiO_2光催化剂可广泛应用于污水处理、空气净化、抗菌除臭、表面防污、自清洁等方面,目前,TiO_2光催化剂的固定化及其光催化活性的改善是 TiO_2光催化材料设计、开发和应用中急需解决的问题。本文利用阳极氧化和电沉积技术,在铝合金表面成功地制备出具有较好光催化活性的 Al_2O_3/TiO_2复合薄膜。系统研究了复合薄膜的制备工艺;表征了复合薄膜的形貌、结构、成分以及光谱特性;详细分析了复合薄膜的光催化性能,并对这种特殊的复合薄膜形成机理进行了探讨。研究结果表明:电沉积液温度在薄膜制备过程中是最重要的影响因素,合理地控制沉积过程中的工艺参数可得到具有最佳表面质量和光催化性能的 Al_2O_3/TiO_2复合薄膜,H_2SO_4-Al_2O_3/TiO_2复合薄膜经热处理,表面有锐钛矿结构 TiO_2生成,TiO_2的晶粒尺寸在纳米量级;TiO_2在加热过程中主要发生表面吸附水和吸附有机物的脱附、结晶水的失去及非晶相的晶化三种变化,且 TiO_2由无定形结构向锐钛矿晶体结构转变的温度为425℃左右;三种类型 Al_2O_3/TiO_2复合薄膜的表面形貌存在较大差异,这主要归因于三种铝阳极氧化膜的膜厚及表面微孔结构的不同;三种类型的复合薄膜均具有紫外光光催化活性;通过 Fe 离子掺杂改性以及萘酚蓝黑染料敏化处理后,复合薄膜的光催化性能可得到明显地改善;由薄膜形成机理的分析可知,TiO_2主要通过交流电沉积过程中的阴极反应沉积于铝阳极氧化膜微孔处和表面上。     

N掺杂TiO_2薄膜的光催化性能研究

开发具有可见光活性的光催化剂,在污染物处理和光能转换等方面,都有很大的应用价值。掺杂改性则是实现TiO_2可见光活性的重要手段之一。文献表明,在非金属元素掺杂中,N掺杂效果最为理想,已经成功地将光响应波长红移到可见光区,取得了很好的光催化活性。目前所制备的N掺杂TiO_2光催化剂主要有粉末和薄膜两种。粉末状催化剂较易制备,但存在难以回收的缺点;而采用简单方法制备高催化效率的薄膜仍存在一些困难。采用溶胶-凝胶法制备了N掺杂改性的TiO_2薄膜以及SiO_2/TiO_2、FeCe/SiO_2/TiO_2等类型的复合薄膜,研究了镀膜的类型和层数、热处理温度和气氛,尿素、硫脲等不同氮源和掺杂量对薄膜光催化性能的影响;并且采用XRD、SEM、XPS、AES等分析了膜层的成分、相结构、表面形貌、膜厚、附着力,结合掺杂离子的类型、浓度、能级、电子构型、半径和化合价等因素,研究工艺条件对TiO_2的能带、异质结构的影响,研究了玻璃薄膜光催化活性变化的机理,特别是对TiO_2吸收边红移的作用机理。     

不同种类金属掺杂改性TiO2材料光催化性能的研究进展

半导体光催化剂因可以直接利用太阳光进行光催化且不产生二次污染,成为一种应用于环境污染治理领域较为理想的材料。其中TiO_2光催化剂具有较高的光稳定性、良好的化学性质、无毒、较低的成本、高的光催化效率等特点,目前受到广泛的研究与关注。然而,TiO_2快速复合的电子-空穴及较大的禁带宽度等自身缺陷,导致其量子产率不高,TiO_2中的电子只能在紫外光下被激发,这些因素使得它的光催化性能受到了制约。因此,近年来通过研究不同的金属元素掺杂TiO_2基光催化剂及研究不同特殊微纳结构来克服TiO_2自身缺陷以改善其光催化性能并取得较大的进展。研究发现,通过将不同金属(如Ag、Fe、Cu、Ce等)以一元、二元、多元的形式掺入TiO_2中,可改善TiO_2的自身缺陷,并在催化剂表面产生不同作用,使其光响应范围增大,光催化性能显著提升。此外,研究者们还发现,特殊微纳结构的存在可以加快金属掺杂TiO_2基光催化材料的电子转移,从而提高TiO_2光生电子-空穴的分离效率,增加了其量子产率。金属掺杂后,TiO_2对有机物的降解率及其产氢能力、光能转化率都得到了显著的提高,使其不仅在紫外光下具有优异的性能,而且在可见光下也能进行良好的光催化。掺杂后TiO_2的抗菌效果与防雾性能也得到了显著的提升。本文一方面综述了不同金属掺杂体系(一元、二元复合以及多元复合掺杂)对TiO_2结构及其光催化性能的改变,总结不同制备工艺对TiO_2结构与性能的影响规律,并分析光催化性能的增强机制。另一方面概述了金属掺杂TiO_2基复合材料的一些特殊微纳结构包括石墨烯包覆结构、核-壳结构以及其他结构的制备工艺,并讨论了不同微纳结构与金属掺杂在增强TiO_2光催化性能上所起的作用。最后简单综述了不同金属掺杂TiO_2纳米复合材料的不同应用,展望了未来研究方向及应用领域。     

金属离子掺杂TiO2光催化剂及其表征技术的研究进展

光催化技术在环境保护领域备受青睐,TiO_2光催化剂化学性质稳定、毒性低、便宜,但禁带宽度较大、电子空穴复合率较高。为提高TiO_2的光催化性能,以金属离子掺杂改性TiO_2是最有效方法之一。综述了近几年国内外金属离子掺杂改性TiO_2的研究进展,分析了过渡金属掺杂,稀土金属掺杂,共掺杂改性的作用机理;并且对目前的金属掺杂TiO_2表征技术进行综述,为了解光催化的基本方面提供一个新的视角,并对开发性能优良的新型光催化剂具有启发意义。     

球形介孔SiO_2/TiO_2复合材料的制备及光催化性能研究

研究了采用溶胶-凝胶法制备SiO_2/TiO_2复合材料,利用XRD、FT-IR、SEM及比表面分析法等对复合材料的形貌、晶型等进行了表征。结果表明:SiO_2/TiO_2为球形介孔材料且有Si—O—Ti键的形成;一定量的SiO_2掺杂和材料的介孔结构,大大提高了复合材料的比表面积;所制备SiO_2/TiO_2复合光催化剂对亚甲基蓝的光催化降解实验结果表明,SiO_2/TiO_2复合材料具有优异的吸附及光催化降解性能。     

La掺杂TiO_2纳米材料的制备及光催化性能研究进展

稀土掺杂对TiO_2改性可以拓宽光谱响应范围、提高量子效率及太阳能利用率,是提高TiO_2纳米材料光催化活性及可见光吸收能力的重要方法。综述了近年国内外有关La掺杂TiO_2纳米材料的制备及光催化性能研究进展,主要分析了La掺杂材料的制备方法、物相特征以及La与其他元素共掺杂等方面的研究现状,并进一步指出La掺杂TiO_2目前存在的问题以及未来的研究方向。     

TiO_2光催化剂改性的研究进程

二氧化钛(TiO_2)是一种具备化学稳定性高、环境友好和毒性低等优势的绿色环保型半导体材料,在催化、传感、产氢、光学和光电学等领域应用广泛。但是该材料只对紫外光有响应,另外光生电子和空穴容易复合,导致光催化活性和量子效率降低。综述了贵金属沉积、复合半导体、离子掺杂及染料光敏化4种TiO_2改性方法的最新研究进程。这4种方法都旨在提高TiO_2对太阳光的利用率,或者增加其晶体表面的活性位点,达到抑制光生电子和空穴复合的作用。此外,展望了未来TiO_2光催化材料改性研发的发展方向。     

氮掺杂改性TiO_2多孔薄膜光催化降解4-硝基苯酚

本文采用溶胶-凝胶法制备了N掺杂TiO_2光催化剂,并对N掺杂TiO_2进行了改性,分别以P25、N掺杂TiO_2、改性的N掺杂TiO_2为原料,通过逐步研磨、旋转涂膜以及高温煅烧制得三种多孔薄膜,并对其进行了表征。场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察结果显示,煅烧后薄膜呈现显著的多孔结构。以4-硝基苯酚(4-NP)溶液为目标污染物,研究紫外光下TiO_2多孔薄膜的光催化性能,确定最佳降解条件,并研究了薄膜耐用性以及三种薄膜对4-NP的光催化性能的比较。结果表明,三种多孔薄膜中,改性N掺杂TiO_2多孔薄膜光催化性能最佳,10mg/L的4-NP溶液吸附30min,在pH=2条件下180min,降解率达到了90%以上,改性N掺杂TiO_2多孔薄膜单次降解180min,循环使用4次的降解率仍接近80%,显示了薄膜具有较好的可耐用性。     

钒钴共掺杂TiO_2光催化剂的研究

采用溶胶-凝胶法制备V、Co共掺杂改性TiO_2光催化剂,以亚甲基蓝(MB)为目标降解物,研究了V、Co共掺杂对TiO_2光催化剂性能的影响,结果表明,V、Co共掺杂对催化剂的平均晶粒粒径、吸收光谱、光生电子—空穴对的复合率、光催化性能都具有显著影响。通过正交试验得到共掺杂体系的最佳掺杂量为n(V)∶n(Ti)=0.3%、n(Co)∶n(Ti)=0.1%,此掺杂量下所制备的样品对MB进行降解,在普通日光灯下反应6h的光催化降解效率达96.4%,明显优于同等条件下德国Degussa公司生产的P25纯TiO_2光催化剂的降解效率44.35%。     

TiO_2光催化剂磁性掺杂与改性研究进展

TiO2光催化剂磁性掺杂与改性对于其实际推广具有十分重要的意义。简单回顾了光催化的反应机理与光催化剂及其掺杂改性的研究进展,重点阐述了TiO_2光催化剂磁性掺杂与改性研究现状,并对其发展趋势做了展望,指出了TiO_2光催化剂磁性改性的研究热点和方向。     

TiO_2光催化剂的掺杂改性及应用研究进展

国内外关于纳米TiO_2光催化剂有着广泛的研究和应用。离子掺杂能拓宽TiO_2光谱吸收范围,有效改善其光催化活性。综述了离子掺杂改性纳米TiO_2光催化剂的研究进展,分析了金属离子掺杂、非金属离子掺杂、多种不同离子共掺杂的掺杂机理及对TiO_2光催化性能的影响,介绍了纳米TiO_2光催化剂在污水处理中的应用现状。最后指出离子掺杂TiO_2和纳米TiO_2光催化剂在污水降解中存在的问题,并对今后的研究方向做了展望。     

铁酸锌作为光催化剂的研究进展

铁酸锌是具有较高光催化活性及对可见光敏感的n型半导体,其独特的磁性能和化学稳定性使其在光催化领域有着广泛的应用。针对不同形貌的铁酸锌,采用不同的改性方法,可将其与其他材料结合制备出更为高效、实用的光催化剂。近年来,利用铁酸锌的特性,制备磁性可回收且性能稳定的复合光催化剂引起了科研人员的广泛关注。概述了铁酸锌作为光催化剂的基本性质,对不同形貌铁酸锌的制备方法进行了总结,并重点讨论了铁酸锌在光催化方面的改性技术及改性机理,最后对目前存在的问题和未来的研究方向做了简要的总结和预测。     

高效TiO_2纳米材料制备及其光催化性能研究进展

TiO_2作为一种新型的光催化材料,具备无毒、反应条件温和、化学性质稳定等特点,深受人们关注。但是目前就如何制备高效纳米TiO_2成为材料研究很热门的课题。本文讨论了TiO_2的优缺点,主要介绍了TiO_2的光催化机理,金属掺杂、共掺杂、贵金属沉积和半导体复合四种改性方法以及国内外光催化性能的研究进展,同时对TiO_2的光催化技术做出了简要的总结并提出了自己的看法。     

氮-镨共掺杂TiO_2的制备及催化性能研究

为了提高TiO_2的光催化性能,采用溶胶凝胶法制备了N和稀土Pr共掺杂TiO_2光催化剂。用XRD、SEM和紫外-可见光分度计对样品进行表征,并考察了掺杂量、煅烧温度和晶型对TiO_2光催化性能的影响。研究发现N-Pr混合改性的TiO_2的催化活性均高于未改性的,5%的N和0.5%的Pr混合掺杂并经500℃锻烧后,样品为单一的锐钛矿相且粒径分布较窄,在模拟灯光照射下表现出较高的光催化活性和降解甲基橙溶液的能力,在80 min内使甲基橙溶液的降解率达到了99%。     

不同形貌Ag修饰TiO_2的制备及其光催化性能研究进展

TiO_2凭借其优越的光催化性能,在环境治理方面得到了广泛应用。为了增加纯TiO_2的可见光利用率以及提高其量子效率,Ag修饰TiO_2得到了广泛的研究。根据光催化剂形貌分类,综述了近年来Ag修饰TiO_2微粒、薄膜、纳米管、纳米线的制备工艺以及光催化性能研究,并展望了Ag改性后的TiO_2应用前景。     

金红石相Ce/TiO_2复合材料的制备及其光催化性能

以钛酸四丁酯为钛源,硝酸铈为掺杂剂,采用水热法制备了纯TiO_2和不同掺杂浓度的Ce/TiO_2复合光催化剂。并用X射线衍射、扫描电镜和X射线能谱仪对样品的结构及形貌进行了表征,最后以亚甲基蓝为模型污染物,探讨了Ce掺杂量对TiO_2光催化性能的影响。结果表明:通过水热法制备的Ce/TiO_2仍为金红石型,掺杂Ce并未改变TiO_2的晶相结构。Ce/TiO_2复合光催化剂为分散均匀的微球形,粒径在1μm左右。掺杂Ce可显著提高TiO_2的光催化活性,当Ce掺杂量为3%时,对亚甲基蓝的降解率最高,达到99%。     

碳量子点-二氧化钛复合光催化剂的研究进展

随着社会的快速发展,环境污染与能源短缺问题日益突出。光催化技术可以利用太阳能降解水体或大气中的污染物,也可用于催化制氢等,是解决环境污染与能源短缺问题最有效的手段之一。二氧化钛(TiO_2)具有光催化活性高、化学性质稳定、价廉、无毒等优点,是当前应用最为广泛的光催化剂。然而,TiO_2的带隙过宽且光生电子与空穴易再结合,因而在光催化领域的应用受到限制。在过去的10多年中,研究者们发展出了一系列方法尝试提高TiO_2的光催化活性,包括量子点敏化、有机染料敏化、TiO_2晶型与形貌的调节、表面贵金属沉积、过渡金属离子掺杂与非金属离子掺杂等。量子点敏化是将TiO_2与量子点复合,从而调节TiO_2的能带宽度,拓宽对光的响应范围。不过,敏化所用的量子点大多含有有毒重金属离子,严重威胁环境与人体健康,这促使许多学者致力于找寻更安全无毒的荧光纳米材料。碳量子点(CDs或CQDs)是一种新型的荧光碳纳米材料,由sp~2/sp~3杂化碳原子组成,表面具有各种官能团。与传统的量子点相比,CDs拥有原料来源广泛、理化性能稳定、无毒、生物相容性好、易于功能化修饰、抗光漂白等优点。此外,CDs还具有光诱导电子转移能力、光敏性以及荧光上转换效应等特性,在光电化学与光催化领域具有良好的应用潜力。将CDs与TiO_2复合制成CDs-TiO_2光催化剂,一方面材料毒性低,克服了传统量子点毒性高的缺点;另一方面能有效抑制光生电子与空穴的再结合,增强对紫外光的吸收并且拓展对可见光甚至近红外光的吸收,从而提高材料的光催化活性。当前研究主要从调控TiO_2与调控CDs两方面入手来提高CDs-TiO_2光催化剂的活性,其中前者主要包括TiO_2晶型和晶面的调节、TiO_2的形貌调控与TiO_2的杂化改性;CDs的调控主要包括CDs的杂化改性、CDs粒径与负载量的调节。本文基于CDsTiO_2复合光催化剂当前的研究进展,分析了可能的光催化机理,重点阐述了针对以上几种调控手段的研究结果,最后介绍了CDsTiO_2的制备方法与当前应用现状,并对未来的发展趋势进行了展望。     

TiO2-GO复合光催化剂的制备及其对硝基酚类污染物的降解性能

采用水热法制备了二氧化钛-氧化石墨烯(TiO_2-GO)复合光催化剂,采用X射线多晶粉末衍射和扫描电镜对其性质进行了表征,并以对硝基酚为目标污染物,考察了复合光催化剂在可见光和紫外光照射下的降解性能。结果表明:GO掺杂既能提高TiO_2颗粒的分散度,增加其比表面积,又能降低光生电子与空穴的复合几率,提高光催化活性。另外,GO掺杂还将TiO_2的光响应范围拓展至了可见光区域。     

掺杂型Bi_2WO_6可见光光催化材料的最新研究进展

Bi_2WO_6的禁带宽度窄(2.7eV),能吸收紫外光和可见光,同时具有形貌可控,氧化性强,耐光腐蚀,无毒无污染等优点,是一类非常有前途的可见光光催化材料。近年来的相关研究,主要是通过改性来解决单质Bi_2WO_6的光量子效率一般和光生电子-空穴易复合问题。最为常用的是掺杂改性,其对Bi_2WO_6的电子结构、外观形貌、粒子尺寸、比表面积、表面特性的调控均有重要作用,能够提高该类催化剂的量子效率、缩小禁带宽度、降低电子-空穴复合率以提高其光催化性能。从金属掺杂、非金属掺杂、共掺杂等方面集中介绍了各种掺杂手段对Bi_2WO_6光催化性能的研究进展,阐明了光催化反应机理,并对其下一步的研究重点进行了展望。