小粒径锐钛矿/金红石混相TiO2的可控合成及光催化性能研究

本文利用水热法成功合成了小粒径（~ 5 nm）锐钛矿/金红石混相TiO2,通过XRD,TEM表征研究了水热反应前的熟化温度和熟化时间对TiO2的晶相、相组成和颗粒尺寸的影响。我们发现通过简单地改变熟化温度及时间能够可控调节样品中锐钛矿与金红石的含量。更重要的是,合成的混相TiO2样品中,锐钛矿与金红石的粒径都很小。以对罗丹明B的光催化降解为目标反应,评价混相TiO2粉体的光催化活性。通过表面光电压谱的分析可以发现,TiO2样品中锐钛矿与金红石异相结的形成增强了光生电子与空穴的分离效率,从而使混相样品的光催化活性明显优于纯相锐钛矿。此外,我们发现,锐钛矿含量为83%、金红石含量17%的TiO2样品展现了最高的光催化活性。     

水热法制备纳米Mn(Ⅱ)/TiO_2粉体及其日光催化活性的研究

采用水热法,在温和的条件下制备了具有较高光催化活性的Mn(Ⅱ)/TiO2光催化剂,采用X射线粉末衍射、扫描电镜、紫外可见漫反射手段对其进行了表征。在太阳光照射下,以罗丹明B溶液的降解为模型反应,研究了光催化剂的催化活性。研究结果表明,TiO2晶型为单一的锐钛矿相,光响应波长由纯TiO2的380nm拓宽到400nm以上,达到可见光区范围,新型改性的Mn(Ⅱ)/TiO光催化剂的日光催化活性比较高。     

水热法制备高相变温度的二氧化钛纳米结构空心球

实验采用无模板水热法合成了高相变温度的TiO2纳米结构的空心微球,对其结构和光催化性能进行了表征。X射线衍射分析表明,160℃水热条件下即可得到结晶良好的锐钛矿型TiO2,经过900℃热处理后仍为锐钛矿型,直到1 100℃热处理后完全转变为金红石型。场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜照片表明,所得锐钛矿型TiO2颗粒为空心微球,直径约为1μm,由尺寸20～30 nm的TiO2纳米粒子组装而成。光催化测试表明,该空心球有较高的光催化氧化性能,25 min后二氧化钛空心微球对罗丹明B的降解率可达100%。     

钴氮共掺杂TiO_2的制备及其光催化活性

以钛酸四丁酯为原料,采用沉淀-浸渍法制备了N和Co共掺杂纳米光催化剂Co/N/TiO_2。采用紫外-可见漫反射、X射线衍射和透射电子显微镜等技术对催化剂的吸光性能、结晶形态和粒径进行了表征。以活性艳蓝X-BR溶液为光降解模型,评价了Co/N/TiO_2的可见光催化活性,并与AEROXIDE TiO_2 P25的性能进行了对比。实验结果表明,在n(Co):n(N):n(Ti)=0.16:0.2:1、煅烧温度400℃、煅烧时间2.5 h的最优条件下制备的Co/N/TiO_2为单一的锐钛矿相,平均粒径为11.1 nm,比表面积为140.77 m~2/g;且Co/N/TiO_2的吸收边红移现象显著,吸收可见光的性能强,具有良好的可见光催化活性,在纯粹可见光(波长大于400 nm)下对活性艳蓝X-BR溶液的降解率达到87.50%。     

Cu~(2+)/TiO_2-SiO_2催化剂的制备及其光催化降解气相间二甲苯的性能

以钛酸丁酯、正硅酸乙酯和硝酸铜为主要原料,采用溶胶-凝胶法制备了Cu2+/T iO2-S iO2催化剂,分别用X射线衍射、BET比表面积测试、透射电子显微镜、紫外-可见光谱和傅里叶变换红外光谱对其进行了表征;以间二甲苯为代表物,评价了Cu2+/T iO2-S iO2催化剂对气相挥发性有机物的光催化降解活性,并讨论了复合S iO2和掺杂Cu2+的Cu2+/T iO2-S iO2催化剂对光催化降解间二甲苯活性的影响。实验结果表明,在500℃煅烧后的Cu2+/T iO2-S iO2催化剂呈锐钛矿结构,粒子分布均匀,平均粒径为9nm,比表面积为285m2/g;掺杂Cu2+促进了Cu2+/T iO2-S iO2催化剂对可见光的吸收,显著提高了光量子效率。用Cu2+/T iO2-S iO2催化剂光催化降解质量浓度100m g/L的气相间二甲苯,反应240m in后,间二甲苯的降解率达96.4%。     

纳米Fe~(3+)/TiO_2光催化降解含酚炼油废水

采用溶胶-凝胶法制备了纳米Fe~(3+)/TiO_2光催化剂,并用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和透射电子显微镜等技术对其粒径和晶相进行表征。考察了Fe~(3+)掺杂量、乙醇加入量、水加入量、体系pH、陈化时间、锻烧温度等因素对该催化剂降解罗丹明B溶液的影响,得到了催化剂的最佳制备条件:钛酸四丁酯10 mL、Fe~(3+)掺杂量(质量分数,基于体系的总质量)为0.010%、乙醇50 mL、水5.0 mL、体系pH=1.5、陈化时间3 d、煅烧温度400℃。实验结果表明,以在最佳条件下制备的纳米Fe~(3+)/TiO_2和纯纳米TiO_2为光催化剂,在相同的操作条件下对含酚炼油废水进行光催化降解,纳米Fe~(3+)/TiO_2比纯纳米TiO_2具有更好的降解效果,挥发酚的降解率达到75%。     

纳米TiO2-SiO2复合材料的制备及光催化性能

以钛酸丁酯和硅酸乙酯为主要原料，制备多孔纳米TiO2-SiO2复合材料，采用氮气吸附-脱附，XRD，TEM，FT-IR等测试方法对其进行表征，以甲基橙的光催化降解反应对其光催化活性进行评价。结果表明，TiO2-SiO2具有核-壳结构，为锐钛矿和金红石相的混合物，比表面达到118．62m^2／g，TiO2以粒径为12．4nm的晶粒形式被SiO2包覆，复合材料粒径约为18nm；复合材料在22min时对甲基橙降解率达100％，而纯TiO2在22min时，对甲基橙降解率仅为40％，说明复合材料光催化活性比纯TiO2有明显提高。     

[C2OHMIM]+Cl－离子液体-水体系中纳米TiO2的合成及光催化性能

 采用[C₂OHMIM]⁺Cl^-离子液体 水体系混合加热法制备了纳米 TiO₂光催化剂,应用 XRD、SEM 和 UV-Vis 手段对其进行了表征,考察了体系中[C₂OHMIM]⁺Cl^-质量分数、反应时间和反应温度对所制备的纳米 TiO2的颗粒结构、形貌及光催化活性的影响。结果表明,由此法得到的 TiO₂均为金红石相,由纳米晶小颗粒堆积起来的球形颗粒组成。当[C₂OHMIM]⁺Cl^-质量分数为66.6%、反应温度150℃、反应时间24 h 时,制备所得 TiO₂的光催化活性好,对罗丹明B的降解率高达96%。     

纳米TiO2薄膜的制备及对乙烯工业废水的光催化降解

采用溶胶-凝胶法，在玻璃载片上负载纳米TiO2薄膜，并通过对乙烯工业废水的光催化降解实验来评价其活性。正交实验结果表明，溶胶制备的最佳条件为：采用滴加方式加水，加水量为1.2mL，TNB与C4H9OH，AcAc，CH3COOH的体积比分别为1：10， 5：2，1：1， AcAc与NH(C2H5O)2的体积比为1：1。用正丁醇作为溶剂，负载2层膜，在煅烧温度为420℃、煅烧时间为1h、光催化降解时间为2.5h时，制备的纳米TiO2薄膜对乙烯工业废水的光催化降解效果最佳，降解率达到84.7%。XRD和红外光谱表征结果表明，所制备的薄膜为纳米TiO2薄膜，晶型为锐钛矿型，平均粒径为12.49nm。     

C-TiO_2的制备及其对三氯乙酸的光催化降解

通过缓慢氧化T iC合成了C掺杂的锐钛矿型T iO2(C-T iO2)催化剂,并采用BET液氮吸附、X射线衍射、扫描电镜和紫外-可见吸收光谱对C-T iO2催化剂的比表面积、物相、粒径和吸收波长阀值等结构性质进行了表征。以难降解的三氯乙酸为催化降解对象,测定了C-T iO2催化剂在可见光照射下的催化活性。实验结果表明,相对于锐钛矿型T iO2,C-T iO2的吸收边带发生了约36nm的红移,它在可见光照射下有催化活性,主要是因为C取代O后,C的p轨道与O的2p轨道杂化,使其禁带隙变窄;制备条件和反应溶液的pH影响C-TiO2催化剂的活性,在350℃焙烧8h制备的C-TiO2催化剂,当反应溶液的pH为9时,催化活性最高。     

TiO_2纤维的制备、表征及其光催化活性

采用常压乙二醇法制备出在可见光下具有较高催化活性的TiO2纤维。扫描电子显微镜表征结果表明,TiO2纤维直径为0.8～2.0μm、长度为5～25μm;BET比表面积和X射线衍射表征结果表明,随焙烧温度的升高,比表面积减小,TiO2纤维晶型逐渐由锐钛矿型向金红石型转变;紫外-可见漫反射光谱分析结果表明,TiO2纤维在可见光区有明显的吸收。在可见光下对甲基橙和苯酚的降解实验表明,焙烧温度为400℃时TiO2纤维的催化活性最好,对甲基橙和苯酚的降解率分别达到90.3%和84.0%;所制备的TiO2纤维比溶胶-凝胶法制备的锐钛矿型TiO2在可见光下具有更好的催化活性,原因是其能带间隙减小和吸收波长扩展到可见光区所致。     

Au纳米粒子大小对Au/TiO_2薄膜光催化活性的影响

用混合-超声分散方法制备了3种负载不同粒径Au纳米粒子的T iO2薄膜。利用透射电镜测定Au纳米粒子的粒径,用紫外-可见光谱和测量光电流方法对Au/T iO2薄膜进行表征,以亚甲基蓝降解反应评价Au/T iO2薄膜的光催化活性,讨论Au纳米粒子的大小对Au/T iO2薄膜光催化活性的影响。实验结果表明,与纯的T iO2薄膜相比,负载不同粒径Au纳米粒子的T iO2薄膜的光电流和光催化活性均有不同程度的提高。负载平均粒径约8nm的Au粒子的T iO2薄膜电极具有最大的光电流(光电流为38μA,是纯T iO2薄膜电极的2.2倍)和最高的光催化活性(3h后对亚甲基蓝的降解率达到92%,是纯T iO2薄膜的1.5倍)。     

用微波干燥法制备纳米级TiO_2进行光催化降解甲基橙的研究

利用溶胶-凝胶法制备了TiO_2凝胶,采用微波对凝胶进行干燥,然后煅烧制备出纳米级TiO_2光催化剂,经XRD测定表明其为锐钛矿型TiO_2,平均粒径为12.3nm。以甲基橙为模拟污染物进行光催化降解,表明该方法制备的TiO_2的光催化活性比烘箱法TiO_2略高,并可重复使用。     

埃洛石纳米管负载氮掺杂二氧化钛的制备及其太阳光光催化性能

The N-doped TiO2-loaded halloysite nanotubes(N-Ti O2/HNTs) nanocomposites were prepared by using chemical vapor deposition method which was realized in autoclave. The photocatalytic activity of nanocomposites was evaluated by virtue of the decomposition of formaldehyde gas under solar-light irradiation. The XRD patterns verified that the anatase structured TiO2 was deposited on HNTs. The TEM images showed that the surface of HNTs was covered with nanosized TiO2 with a particle size of ca. 20 nm. The UV-vis spectra indicated that the N-Ti O2/HNTs presented a significant absorption band in the visible region between 400 nm and 600 nm. Under solar-light irradiation, the highest degradation rate of formaldehyde gas attained 90% after 100 min of solar-light irradiation. The combination of the photocatalytic property of TiO2 and the unique structure of halloysite would assert a promising perspective in degradation of organic pollutants.     

表面活性剂对柔性金属有机骨架材料MIL-53(Fe)的孔结构及光催化性能的控制

提出了一种利用表面活性剂控制柔性金属有机骨架材料MIL-53(Fe)孔道结构的方法。表面活性剂四乙基氢氧化铵（TEAOH）控制MIL-53(Fe)的孔道形式为“闭孔”的形式，而表面活性剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷（P123）或者聚乙烯醇（PVA）控制MIL-53(Fe)的孔道形式为“开孔”的形式。通过紫外光辐射降解罗丹明B水溶液的方式来考察不同孔道形式的MIL-53(Fe)的光催化性能。结果表明“开孔”的MIL-53(Fe)比“闭孔”的MIL-53(Fe)呈现出更高的光催化活性。由表面活性剂PVA改良的MIL-53(Fe)具有最好的光催化活性，90分钟内讲解了100%的罗丹明B水溶液。     

TiO_2-SiO_2复合氧化物的制备及其催化性能的研究进展

综述了采用溶胶-凝胶法、沉淀法、水热法、微乳液法、化学气相沉积法和液相浸渍法制备TiO_2-SiO_2复合氧化物的研究进展,详细分析了溶胶-凝胶法的不同制备条件对TiO_2-SiO_2复合氧化物性质的影响,添加SiO_2可改善TiO_2的比表面积和热稳定性。同时简要概述了TiO_2-SiO_2复合氧化物在光催化、异构化、氧化和酯交换反应以及作为催化剂载体方面的应用,并提出了目前研究中存在的问题及解决途径。     

β-环糊精强化偶氮染料酸性红R光催化降解研究

以250 W 金属卤化物灯(λ=365 nm)为光源,利用二氧化钛光催化氧化法研究了酸性红 R 在β-环糊精存在时的光降解行为,考察了影响光催化降解的条件因素。结果表明:对于酸性红 R 质量浓度为50 mg/L 的废水,经60 min 光照,β-环糊精可以提高酸性红 R 的光催化降解效率24.5%,反应速率常数增加12.5倍;β-环糊精浓度、pH 值和酸性红 R 的初始浓度对酸性红 R 的光催化降解速率有明显的影响。酸性红 R 光催化降解的强化效应主要源于β-环糊精能有效促进酸性红 R 在 TiO_2表面的吸附。     

Fe~(3+)掺杂纳米TiO_2催化剂光催化还原CO_2的性能

采用改良的溶胶-凝胶法制备了Fe3+掺杂纳米TiO2(简写为Fe-TiO2)催化剂,并用X射线衍射、高分辨透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、热重-差热分析等方法对其进行了表征。表征结果显示,Fe-TiO2催化剂的分散性好,平均粒径为9.37nm,比表面积为85.46m2/g;掺杂Fe3+不仅使TiO2的平均粒径减小,且有效抑制了TiO2的晶相转变,该催化剂保持单一的锐钛矿相结构。考察了Fe-TiO2催化剂光催化还原CO2的性能,实验结果表明,当Fe3+掺杂量为4.0%(相对于TiO2的质量分数)的Fe-TiO2催化剂用量1.0g/L、反应时间8h、CO2流量200mL/min、反应温度90℃、反应液中NaOH和Na2SO3的浓度均为0.10mol/L时,甲醇的产率高达308.76μmol/g(以每克催化剂上生成甲醇的物质的量计)。此外,对Fe-TiO2催化剂光催化还原CO2的机理进行了探讨。     

溶胶-凝胶法制备氮掺杂TiO_2的制备条件优化

以二乙醇胺为氮源,乙酸为抑制剂,乙醇为溶剂,采用溶胶-凝胶法制备了氮掺杂TiO_2。以苯酚为污染物,在模拟太阳光(氙灯)下,考察了氮掺杂TiO_2制备过程中水用量、乙酸用量、乙醇用量、二乙醇胺用量、陈化温度、煅烧温度和煅烧时间7个因素对氮掺杂TiO_2光催化活性的影响,并采用正交实验优化了氮掺杂TiO_2的制备条件。实验结果表明,煅烧温度对氮掺杂TiO_2的光催化活性具有非常显著的影响;最优的制备条件为:n(钛酸四丁酯):n(水):n(乙酸):n(乙醇):n(二乙醇胺)=1:462:17 3:3:0.4(n(钛酸四丁酯)=0.015 mol),陈化温度为45℃,煅烧温度为400℃,煅烧时间为4 h。在此条件下制备的氮掺杂TiO_2对苯酚光催化反应3 h,其降解率达到75.13%,是未掺杂氮TiO_2的1.7倍。     

Au-NiO/TiO_2催化剂催化甲醇自热重整制氢

采用沉积-沉淀法制备了甲醇自热重整制氢Au-N iO/T iO2催化剂,并用X射线衍射、透射电子显微镜、能量色散X射线能谱对Au-N iO/T iO2催化剂进行了表征。表征结果显示,N iO可以改善载体T iO2粒子的分散度,使Au颗粒的粒径减小,Au颗粒的粒径主要分布在2~3nm;Au的负载量(质量分数)为1.63%左右。同时考察了反应温度和n(O2)∶n(CH3OH)对Au-N iO/T iO2催化剂催化甲醇自热重整制氢反应活性的影响。实验结果表明,当汽化温度为90℃、反应温度为200℃、n(O2)∶n(CH3OH)为0.30时,Au-N iO/T iO2催化剂的活性最佳,甲醇转化率和CO2选择性较高,CO含量较低。