可见光响应的铁掺杂TiO_2中空微球的制备及其光催化性能

以聚苯乙烯微球作为模板,水溶性过氧化钛配合物作为前驱体一步合成了掺铁TiO2中空微球,并利用XRD,SEM,TEM,XPS,UV-Vis等测试手段对样品进行了表征。结果表明,一步法制备的掺铁TiO2中空微球以锐钛矿相存在且具有良好的中空结构,掺杂少量铁到体系中,改变了其电子结构,使其吸收波长拓展到可见光区。光催化降解亚甲基蓝溶液的结果表明,掺杂0.75%铁的TiO2中空微球表现出更好的光催化性能。对Fe3+影响光催化活性的机理进行了讨论。     

TiO2光催化分解水制氢研究进展

综述了近几年改善TiO2光催化分解水制氢的方法措施.向水中添加供电子物质可减少光生电子与空穴的复合,添加碳酸盐或碘化物有利于光生电子与空穴分离;TiO2表面沉积适量的金属颗粒也有利于实现电子和空穴分离,但沉积太多的金属颗粒不但降低TiO2对光的吸收而且还可能成为光生电荷复合的中心;掺杂合适的金属离子通过形成杂质能级可把TiO2的吸光范围至拓宽可见光,掺杂非金属元素使TiO2的带隙(Eg)变窄,从而使TiO2的吸光红移更明显,但掺杂离子有可能成为光生电荷复合的中心;染料敏化或半导体复合有利于实现电荷分离,提高光电转换效率.将多种修饰方法有机结合起来制取氢足目前的一个研究方向,最后分析了未来的研究重点.     

N掺杂TiO_2光催化剂的微结构与吸光特性研究

以紫外可见漫反射光谱(UV-VIS-DRS)和X射线光电子能谱(XPS)分析和研究了四种方法制备的N掺杂TiO2光催化剂的结构,即水解法(N/TiO2-H)、氨热还原法(N/TiO2-A)、机械化学法(N/TiO2-M)和尿素热处理法(N/TiO2-T)等.结果表明,N/TiO2-H和N/TiO2-T两种催化剂在490 nm处有吸收带边,可见光激发途径是掺杂的N以填隙方式形成的杂质能级吸收电子发生的跃迁引起的;而N/TiO2-A和N/TiO2-M两种催化剂在整个可见光区域内具有可见光吸收,其对可见光的激发途径是掺杂N和氧空缺共同作用的结果.理论计算的N杂质能级位于价带上0.75 eV,与实验观察到的吸收带边结果十分吻合.XPS结果表明,几种催化剂的N1 s结合能位置都在399 eV附近,显示为填隙掺杂的N原子.填隙掺杂的N/TiO2,其Ti原子的2p结合能与未掺杂的TiO2相比增加了+0.3-+0.6 eV,而O1s电子的结合能增加了+0.2-+0.5eV,这是因为填隙的N原子夺取Ti和O的电子,Ti和O原子周围的电子密度降低了.电子能谱和吸光特性的研究都表明,掺杂的机理是在TiO2晶格内形成N原子的填隙.     

N,N′-对羧苄基吲哚三菁敏化纳米TiO2电极的研究

应用光电化学方法研究了N, N′-对羧苄基吲哚三菁（Cy5）染料敏化TiO2纳米晶电极的光电化学行为,优化了敏化的条件.结合Cy5的循环伏安曲线和光吸收阈值,初步确定Cy5电子基态和激发态能级位置.结果表明,Cy5电子激发态能级位置能与TiO2纳米粒子导带边位置相匹配,因而使用该染料敏化可以显著提高TiO2纳米晶的光电流,使TiO2纳米晶电极吸收波长由紫外光区红移至可见光区和近红外区,光电转换效率得到明显改善,在膜厚为6.5μm、敏化时间为6 h的条件下IPCE值（incident photo-to-electricity conversion efficiency）最高可达46.4％,总的光电转换效率η为1.70％.     

Fe掺杂对纳米TiO2薄膜的结构与光催化性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Fe掺杂的TiO2薄膜,利用X射线光电子能谱、X射线衍射技术、显微共聚焦拉曼光谱、紫外可见光谱和原子力显微镜等对薄膜进行表征,以甲基橙为反应模型对光催化活性进行测试。 结果表明,在300~600 ℃焙烧时,TiO2以锐钛矿结构存在,700 ℃焙烧时出现金红石结构。 随掺铁量和焙烧温度的增加,Fe/TiO2薄膜的表面粗糙度和晶粒尺寸均逐渐增大;随镀膜层数的增加,Fe/TiO2薄膜光谱吸收向可见光方向移动;较低含量的铁掺杂改善了TiO2薄膜的光催化活性,而较高含量的铁掺杂则使TiO2薄膜的光催化活性下降,掺铁量为0.1%时Fe/TiO2薄膜的光催化活性最好。     

控制胶体合成法制备掺铁TiO_2粉末及光催化降解甲基橙

分别采用控制胶体合成法和溶胶-凝胶法制备了2种不同掺铁方式的TiO2粉末,并用XRD、TEM、BET、UV-Vis、FS等技术对样品进行了表征。在紫外光照射下,以甲基橙溶液的光催化降解反应为探针,研究了掺Fe离子浓度、包覆的次数、不同掺杂方式对样品光催化活性的影响。结果表明,以均匀掺铁TiO2(铁含量大于0.02mol%)干凝胶粉末为载体,采用控制胶体合成法制备了具有P-N结型结构的非均匀掺铁TiO2粉末,其光催化活性较均匀掺杂TiO2粉末明显提高,并且随着包覆次数(≤3次)的增加而增强,以0.04mol%掺铁TiO2粉末包覆3次后制备的样品具有最佳光催化活性,其表观速率常数是未掺杂的TiO2粉末的5.32倍,是具有相同Fe含量的均匀掺杂TiO2粉末的4.58倍。     

两种菁类染料复合敏化TiO2纳米晶电极的光电化学研究

应用光电化学方法研究了两种菁类染料Cy3和Cy5复合敏化TiO2纳米晶电极的光电化学行为. 结合两种染料的紫外-可见光谱和循环伏安曲线, 确定了Cy3和Cy5的电子基态和激发态能级位置. 结果表明两种染料的激发态能级位置能与TiO2纳米粒子导带边位置相匹配, 复合敏化可以显著提高TiO2纳米晶的光电流, 使TiO2纳米晶电极吸收波长由紫外光区红移至可见光区和近红外区. 复合敏化降低了染料Cy3在电极吸附时的聚集程度, 使其单色光的转换效率(IPCE)提高了169%, 复合敏化电极总的光电转换效率η为2.09%, 分别是Cy3和Cy5单独敏化时光电转换效率的2.069和1.229倍.     

两种菁类染料复合敏化TiO_2纳米晶电极的光电化学研究

应用光电化学方法研究了两种菁类染料Cy3和Cy5复合敏化TiO2纳米晶电极的光电化学行为.结合两种染料的紫外-可见光谱和循环伏安曲线,确定了Cy3和Cy5的电子基态和激发态能级位置.结果表明两种染料的激发态能级位置能与TiO2纳米粒子导带边位置相匹配,复合敏化可以显著提高TiO2纳米晶的光电流,使TiO2纳米晶电极吸收波长由紫外光区红移至可见光区和近红外区.复合敏化降低了染料Cy3 在电极吸附时的聚集程度,使其单色光的转换效率(IPCE)提高了169%,复合敏化电极总的光电转换效率η为2.09%,分别是Cy3和Cy5单独敏化时光电转换效率的2.069 和1.229倍.     

Sn4+掺杂对TiO2纳米颗粒膜光催化降解苯酚活性的影响

金属离子掺杂能改善TiO2纳米微粒光催化活性,在光降解大气和水污染物的研究中,已引起人们的重视[1,2].实验证明,掺杂物的浓度、掺杂离子的分布、掺杂能级与TiO2能带匹配程度、掺杂离子d电子的组态、电荷的转移和复合等因素对催化剂的光催化活性有直接影响[3].Kamat等[4]曾利用TiO2颗粒与SnO2颗粒混合制膜,使光催化剂活性得到提高.但Sn4+掺杂TiO2用于光催化剂尚少见报道.本文采用等离子体化学气相沉积法(PECVD)[5]制备了Sn4+离子掺杂的TiO2纳米颗粒膜催化剂(TiO2-Sn),考察了其对苯酚的光催化降解活性,讨论了Sn4+离子的掺杂方式及光催化活性提高的机理.     

S掺杂宽光域响应Ti1-xSyO2光催化剂的制备及表征

以TiCl4和硫脲为主要原料, 采用酸催化水解法制得浅黄色S掺杂Ti1-xSyO2光催化剂. 以苯酚为模型物, 考察了Ti1-xSyO2在可见光区、紫外光区及太阳光下的催化活性. 采用XPS、DRS、XRD、FT-IR、SEM、低温氮物理吸附对光催化剂进行表征. 结果表明, 掺杂S以S6+形式置换TiO2晶格中的Ti4+, 适量S 掺杂的Ti1-xSyO2在可见光区、紫外光区及太阳光下均表现出较高的光催化活性.掺杂S 在TiO2表面形成新的能级结构, 使催化剂吸收红移至450-550 nm, 诱发可见光催化活性;紫外光照射下, 新形成的能级结构与体相TiO2形成复合半导体结构, 捕获光生空穴, 提高光生电子鄄空穴分离效率.同时, S掺杂可以改善TiO2的分散性, 增加其比表面积SBET并提高相转变温度.     

模板法制备的Fe3+/TiO2中空纳米纤维的光催化性能

以棉花纤维为模板,利用浸渍-热转化两步法制备了Fe³⁺掺杂的二氧化钛(Fe³⁺/TiO₂)中空纳米纤维光催化材料,并利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见光谱(UV-Vis)和ζ电位等技术对其形貌、结构、光吸收特性及其表面状态等进行了表征。以亚甲基蓝(methylene blue,MB)溶液的脱色降解为模型反应,考察了煅烧温度与时间对Fe³⁺/TiO₂中空纳米纤维光催化性能的影响。结果表明：利用该法可以制得棉花纤维形貌的Fe³⁺/TiO₂中空纳米结构材料;所得材料的催化性能除与材料的尺寸、相结构有关外,还与表面荷电性质有关,表面荷电量越高、表面结构缺陷越多、表面活性位越多,催化活性越高。500 ℃下煅烧2 h所得材料表面长有大量的粒子(平均尺寸为12 nm),其中TiO₂为锐钛矿结构,表面荷负电荷量最高,催化性能最好,如在太阳光下,2 h可使MB溶液的脱色降解率达93%,6 h完全脱色,而在纯TiO₂中空纤维材料上约为70%;该材料还具有良好的催化稳定性能,重复使用5次仍可使MB溶液的脱色降解率保持在90%以上,且该催化剂材料易于离心分离去除。     

Pr3+掺杂的TiO2纳米粉体的表面特性和光催化活性

利用酸催化的溶胶-凝胶法制备了纯的和不同Pr³⁺掺杂量的TiO₂纳米粉体.以亚甲基蓝(MB)溶液的光催化降解为探针反应,评价了它们的光催化活性.利用XRD和BET技术研究了Pr³⁺掺杂量和焙烧温度对TiO₂纳米粉体的相结构、晶粒尺寸和表面织构特性的影响,并用XPS和SPS技术研究了Pr³⁺掺杂的TiO₂纳米粉体的表面组成和表面光伏特性,探讨了Pr³⁺掺杂提高纳米TiO₂的光催化活性的机制.结果表明:适量Pr³⁺掺杂能显著提高纳米TiO₂的光催化活性.当Pr³⁺掺杂量为1.25%(以Pr³⁺/TiO₂质量比计),焙烧温度为600℃时,制得粉体的光催化活性最佳.Pr³⁺掺杂强烈地抑制TiO₂由锐钛矿相向金红石相的转变,减小晶粒尺寸,增大比表面积,增加表面羟基和吸附氧的含量,提高光生电子和空穴的分离效率,改善粉体表面的光吸收性能,上述因素均有利于光催化活性的提高.     

微波加热制备泡沫镍负载La3+掺杂纳米TiO2及其光催化降解甲醛的性能

 采用常规加热和微波加热方法制备了两种泡沫镍负载La3+掺杂的纳米TiO2光催化剂,以甲醛光催化降解为模型反应,考察了制备方法和掺杂La3+对催化剂催化性能的影响,并采用扫描电镜、透射电镜、 X射线衍射和能量分散式光谱分析对催化剂进行了表征. 结果表明,微波加热法制备的纳米TiO2具有典型的锐钛矿型晶体结构,其粒径均匀且明显小于常规加热法制备的催化剂. 泡沫镍负载1.5%La3+掺杂的TiO2的光催化性能得到明显改善,反应90 min后甲醛的降解率仍达到93%. 在实验中发现催化剂有失活现象,但经简单清洗后其活性能够恢复.     

Ag/TiO2光催化氧化还原反应脱除水体中无机氮

采用光催化还原法制备了高活性的载银二氧化钛光催化剂,并用XRF、TEM、XRD及XPS、UV-Vis方法对催化剂进行了表征.考察了负载Ag的含量、催化剂制备时间、搅拌气体的种类以及Fe²⁺的添加等条件对该催化剂光催化水体脱氮活性的影响.结果表明:载银量1.0%时去除效果最佳;制备催化剂时光照时间不充分会使催化剂失去还原效力;氮气保护下催化剂反应活性更高;Fe²⁺的加入利于光催化反应;2 h光催化含氨氮和亚硝基氮的水样,总脱氮率达到了63.9%.     

水热合成Fe3+掺杂ZnO复合材料及其光催化活性

以Zn(Ac)2·2H2O、Fe(NO3)3·9H2O和NaOH为原料,采用水热法合成了Fe3+掺杂ZnO复合材料. 并用X射线衍射和扫描电子显微镜测试技术对合成样品的结构和形貌进行了表征. 结果表明,Fe3+掺杂ZnO合成产物为直棒状,直径为500 nm,长度为3 μm左右. 样品的紫外可见漫反射分析结果表明,在300～500 nm紫外可见光区域均有强的吸收. Fe3+掺杂ZnO作为光催化剂降解有机染料性能优于纯ZnO材料.     

高效稳定的Al~(3+)偶联多层Eosin Y敏化TiO_2光催化制氢体系研究

通过Al3+偶联制备了多层EosinY敏化的TiO2催化剂,其光催化制氢性能优于Fe3+偶联的催化剂.在水体系、甲醇-水体系中,以三乙醇胺(TEOA)作电子给体,采用原位载Pt,考察了催化剂在可见光(λ420nm)下的制氢活性与稳定性.结果表明,含水0.5%(体积分数)的体系、载铂量为1.0%时,显示了较高的活性和良好的稳定性,20h的平均量子效率为20.5%,转换数为220.较高的活性和稳定性初步归结于Al3+水解趋势较Fe3+小,且催化剂在甲醇中比在水中更稳定,进一步的研究正在进行中.     

铜锡改性纳米二氧化钛光催化氧化还原性能的研究

在复合半导体基础上,采用超声浸渍法对催化剂表面作进一步铜改性,制备了铜锡改性的纳米二氧化钛光催化剂CuO_x-SnO₂/TiO₂,考察了表面铜改性、二氧化锡复合对催化剂光催化氧化还原性能的影响.结果表明,表面铜改性和复合都有利于提高催化剂光催化氧化还原能力,二者间表现出相互增强的作用.结合XRD、XPS、TEM等催化剂表征结果,对铜锡改性纳米二氧化钛光激发机制进行了讨论,提出了二氧化碳光催化还原的可能机制.     

海绵状纳米结构TiO2膜的制备及其光催化活性

采用电化学阳极氧化法在钛表面构筑了海绵状纳米结构TiO2膜. 应用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对膜层的形貌和晶型进行了分析和表征, 考察了阳极氧化时间对膜层厚度的影响, 并通过海绵状纳米结构TiO2膜对甲基橙的光催化降解研究了膜层厚度与光催化活性的关系. 结果表明, 海绵状纳米结构TiO2膜对甲基橙具有光催化降解作用, 而且随着膜层厚度的增加, 光催化降解速率显著增大, 厚度为2.2 μm的海绵状纳米结构TiO2膜对甲基橙的光催化降解速率是厚度为480 nm的6.4倍.     

Improved photocatalytic activity of TiO_2 produced by an alcohothermal approach through in-situ decomposition of NH_4HCO_3

High crystallinity of TiO_2 was prepared by a modified alcohothermal method, in which titanium isopropoxide was used as the titania precursor, absolute ethanol as the reaction medium, and NH_4HCO_3 as the raw materials for release of water, ammonia and carbon dioxides via in-situ decomposition. The X-ray powder diffraction(XRD) and transmission electron microscope(TEM) measurements showed that water and ammonia from the in-situ decomposition of NH_4HCO_3 played an important role in conducting the size, shape, crystallinity and microstructure of TiO_2. The photoluminescence spectroscopy and photocurrent measurements indicated that enhanced crystallinity could hinder the recombination and promote the separation of electron-hole pairs in TiO_2, which contribute to the improvement of photocatalytic activity.Methyl orange photodegradation under UV light confirmed that high crystallinity of TiO_2 did present a high photocatalytic activity due to the effective separation of photoinduced charges.     

硅烷偶联剂改性的二氧化钛光催化降解气相苯

 用硅烷偶联剂KH-570对二氧化钛光催化剂进行了改性,制备了一种新型光催化剂. 以苯作为 模拟气体,在静态反应装置中考察了该催化剂的光催化性能. 结果表明,KH-570能显著提高 二氧化钛对气相苯的光催化降解性能,其转化率是纯二氧化钛的2.5倍. 采用红外光谱和X射线光电子能谱对催化剂进行了表征.