TiO2光催化剂掺杂改性的研究进展

TiO₂在利用光能和环保等领域具有重要应用前景。由于TiO₂具有较大禁带宽度，限制其对太阳光等可见光能的利用。通过对TiO₂掺杂改性，合成出具有较窄禁带宽度和稳定性好的光催化剂，促进光催化剂的实际应用。介绍了TiO₂光催化作用机理，从金属掺杂、非金属掺杂和共掺杂等方面总结TiO₂催化剂掺杂改性的研究现状。     

不同方法制备硫掺杂TiO2及其可见光催化性能研究

采用水热法和焙烧法分别制备了硫掺杂纳米TiO₂,通过扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和紫外可见漫反射光谱进行了表征,以水体中的甲基橙（MO）为模拟污染物,研究了硫掺杂纳米TiO₂ 的可见光光催化性能。结果表明,2种不同制备方法得到的硫元素掺杂TiO₂均表现出可见光活性。硫元素在TiO₂中分别取代了O₂和Ti的位置,改变了TiO₂原来的能带结构,形成新的杂质能级,从而使TiO₂ 的吸收区间由紫外拓展到可见光区。     

过渡金属离子掺杂纳米TiO2的相变与光催化活性

采用溶胶-凝胶法制备了掺杂Mo⁶⁺、Cr³⁺、Fe³⁺的改性纳米TiO₂光催化剂，并分别在550℃和580℃下对其进行了热处理，考察了热处理温度对掺杂纳米TiO₂相变和光催化活性的影响.通过光催化降解染料罗丹明B实验，对在不同热处理温度下Mo⁶⁺、Cr³⁺、Fe³⁺改性以及不同Mo⁶⁺掺杂量的TiO₂光催化活性进行了评价，发现掺杂离子对TiO₂光催化活性的影响与其对TiO₂相转变的作用是一致的，即抑制相转变的同时也提高了光催化活性.实验结果也进一步表明，Mo⁶⁺掺杂量为0.05％（摩尔分数）时的TiO₂具有最佳光催化活性.     

掺杂铁纳米TiO2的制备及其光催化性能研究

分别采用水热法和溶胶-凝胶法制备了纳米级TiO₂和不同掺铁量的TiO₂纳米粒子。通过纯TiO₂和掺铁TiO₂分别作光催化剂时甲基橙溶液在紫外光下的光催化降解试验发现，溶胶-凝胶法掺杂铁离子可以有效地提高TiO₂光催化活性，而水热法掺杂铁使TiO₂的光催化活性明显降低。Fe/TiO₂摩尔比为0.01％～0.1％，随掺杂量的增大,TiO₂光催化活性逐渐降低。     

不同载体表面负载TiO2薄膜的离子掺杂研究

TiO₂薄膜是解决TiO₂回收的有效方法，缺点是TiO₂活性低，寻找合适的载体以及提高TiO₂薄膜的光催化活性,是TiO₂负载薄膜技术需要解决的核心问题。研究了13种离子对负载在釉面瓷砖、玻璃、陶瓷、钛片、铝片和不锈钢片6种载体上TiO₂薄膜的掺杂，并从界面材料结构、双电层结构等方面讨论了离子掺杂与载体对TiO₂薄膜光催化活性的影响。结果表明，TiO₂薄膜的离子掺杂效果不仅和离子掺杂浓度、种类有关，而且还与载体类型有关。TiO₂薄膜和非金属载体主要形成复合半导体结构，改善掺杂离子对载流子的捕获能力。金属载体与TiO₂薄膜之间主要形成肖特基势垒，有利于电子与空穴的分离。载体与TiO₂薄膜之间形成的界面双电层结构能改变离子捕获中心与TiO₂半导体费米能级间的相对位置，从而提高或降低离子对载流子的捕获能力。     

TiO2薄膜的制备、改性及光催化性能的研究

以铝片为基底,采用阳极氧化法制备氧化铝薄膜作为TiO₂的固定载体。用溶胶-凝胶法制备TiO₂溶胶,通过在氧化铝薄膜载体上浸渍提拉得到TiO₂膜。通过交流电沉积的方法对其掺杂贵金属改性,得到M/TiO₂复合膜。利用紫外-可见光谱法对复合膜进行表征。实验结果表明,利用Al₂O₃可以很好的负载TiO₂溶胶,500 ℃焙烧有利于形成催化能力较好的锐钛矿型TiO₂,掺杂贵金属Ag和Au的TiO₂试样对甲基橙的光催化效果明显优于未掺杂金属的TiO₂试样。     

纳米TiO2光催化材料离子掺杂的正电子湮没研究

采用正电子湮没技术研究了13种金属离子掺杂对纳米TiO₂光催化材料缺陷的影响,并讨论了离子掺杂对TiO₂光催化材料平均电子密度和光催化活性的影响。结果表明,纳米TiO₂光催化材料的缺陷主要是氧空位、孪晶界、位错和金属空位等。正电子湮没谱的分析表明,Fe³⁺、W⁶⁺和La³⁺高价态离子的掺杂降低纳米TiO₂的平均电子密度,低价态的Zn²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、Mn²⁺、Co²⁺和Ag⁺掺杂增大了纳米TiO₂的平均电子密度,Al³⁺、V⁵⁺、Ni²⁺和Cr³⁺的掺杂对纳米TiO₂平均电子密度没有影响。纳米TiO₂的离子掺杂寿命谱与光催化活性之间关系分析表明,Pb²⁺、La³⁺、Cr³⁺和Co²⁺掺杂时,材料中自由体积缺陷的形成不利于TiO₂光催化活性的提高,而Fe³⁺、W⁶⁺、La³⁺、Cu²⁺、Mn²⁺、Ag⁺、Al³⁺、V⁵⁺和Ni²⁺掺杂时,则有利于TiO₂光催化活性的提高。     

镧、碳共掺杂TiO2的制备及其可见光催化性能

为了更有效地利用太阳能,以钛酸丁酯为前驱体,硝酸镧和四丁基氢氧化铵为掺杂离子给体,通过改进的溶胶-凝胶法,成功制备了纯TiO₂和不同掺杂浓度的镧、碳掺杂和共掺杂TiO₂光催化剂.表征结果显示,共掺杂催化剂为锐钛矿型,具有较高的比表面积,感光范围拓展到可见光区.分别以甲基橙、罗丹明B和4-氯酚为降解物,氙灯、太阳光和自然光为光源,进行催化剂的光催化降解实验,结果表明,共掺杂催化剂活性高于未掺杂和单掺杂催化剂.降解结果显示,当共掺杂催化剂含0.5% La³⁺(摩尔比)、焙烧温度在500℃时具有最高的光催化降解效率.共掺杂TiO₂具备较高的可见光催化活性原因可能是碳掺杂降低了TiO₂禁带宽度,而镧掺杂同时维持了体系的电荷平衡.     

La掺杂纳米TiO2的制备及光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了纯TiO₂和不同La掺杂量的TiO₂纳米粒子，对样品进行了TG-DTA、XRD和UV-Vis 吸收光谱分析，并以染料废水甲基橙为目标降解物，考察了样品的光催化性能。结果发现，La的掺杂抑制了TiO₂粒径的长大，细化了晶粒；La掺入到TiO₂的晶格中，引起了晶格的畸变和膨胀；La的掺杂使TiO₂的吸收带边发生了红移；适量La的掺杂可提高TiO₂的光催化性能。试验条件下，最佳掺杂摩尔分数为0.1％。     

Ho-Si-TiO2复合光催化剂的性能研究

用溶胶-凝胶法制备了Ho/Si/TiO₂复合光催化剂,采用X射线衍射对样品进行分析表征,并以甲基橙为模拟污染物,考察其光催化活性。结果表明,Ho和Si共掺杂抑制了晶粒的长大,Ho掺杂引起晶格畸变和膨胀,促进TiO₂的晶型转变;Ho/Si/TiO₂复合光催化剂与TiO₂相比,光催化活性明显提高,当焙烧温度为900 ℃,添加Ho的物质的量为0.05％时,光催化活性最佳。     

Fe3+掺杂介孔TiO2催化降解甲基橙

以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵醇溶液所形成的柱状胶束为模板剂,钛酸四丁酯为原料,经水解沉淀、晶化、沉降、抽滤、干燥及焙烧工艺制备出了介孔TiO₂固体催化剂。通过离子掺杂方法,用Fe(NO₃)₃溶液对介孔TiO₂掺杂,经搅拌、煮沸、晶化、蒸发、干燥及焙烧工艺,制备出了不同物质的量比的Fe³⁺/TiO₂催化剂。以甲基橙模拟染料废水,考察pH、催化剂用量、过氧化氢用量、催化剂Fe³⁺/TiO₂物质的量比和光照时间等因素对催化剂的催化性能的影响。结果表明,适量掺有Fe³⁺的催化剂Fe³⁺/TiO₂有利于太阳光催化甲基橙的效果,当甲基橙浓度为10 mg·L^-1、Fe³⁺与TiO₂物质的量比为0.000 5、催化剂用量为0.8 g·L^-1、过氧化氢为0.55 mol·L^-1、 pH=3并且太阳光直接照射20 min,脱色率达到96%。根据Languir-Hinshelwood动力学方程,近似推导出不同物质的量比Fe³⁺/TiO₂催化剂光催化降解甲基橙的动力学方程,并得出Fe³⁺与TiO₂物质的量比为0.000 5时的Fe³⁺/TiO₂催化剂,有最大宏观速率常数值,K₀为0.162 35 min^-1。     

多孔TiO2纳米薄膜修饰的镍基光电极的制备和性能

引言 近年来,随着全球环境污染的进一步加剧,人们对清洁、无毒、可重复使用的能源--氢气的制备、储存及应用的研究日益重视.     

Zn2+离子掺杂对负载TiO2薄膜光催化活性的影响

以钛酸丁酯和ZnSO₄·7H₂O为原料，采用溶胶-凝胶法在钛片、玻璃、釉面瓷砖、陶瓷、不锈钢和铝片六种载体上制备了Zn²⁺掺杂TiO₂薄膜，讨论了不同Zn²⁺掺杂浓度下不同载体表面上制备的TiO₂薄膜对甲基橙脱色率的影响。结果表明，Zn²⁺对TiO₂薄膜的掺杂效果与载体的类型密切相关，并且不同载体其Zn²⁺掺杂的最佳浓度也不同。Zn²⁺掺杂后，TiO₂薄膜光催化活性提高最大的是釉面瓷砖，其次是钛片、玻璃、陶瓷。不锈钢和铝片上TiO₂薄膜的光催化活性不但没有升高，反而降低了。     

纳米TiO2光催化剂固定化技术研究进展

纳米TiO₂光催化剂在废水治理领域有广阔的应用前景,固定化技术是其应用关键。将TiO₂光催化剂在一定基材上进行负载和固定化,解决TiO₂悬浮体系存在的后期分离回收难的问题。介绍了固定化常用的载体和固定化技术方法,指出今后纳米TiO₂光催化剂固定化技术需要解决和研究的问题：寻找合适的载体与固定方法完成对TiO₂的固定化,既能提供较强的牢固性,又能保护甚至提高TiO₂的光催化活性; 研究载体与光催化剂之间的相互作用,探讨固载过程中各个影响因素对光催化效率的影响; 固定化所带来的传质受限问题以及负载所引起比表面积减少的问题还有待进一步研究;由实验室小型反应装置转向大型化高效光催化反应器的设计还缺少工程经验。     

Al2O3/TiO2/M复合膜的制备

利用直流脉冲氧化和交流电沉积,在铝基体表面制备了Al₂O₃/TiO₂复合膜。探讨了Al₂O₃/TiO₂复合膜的形成过程及制备过程的影响因素。通过电沉积在Al₂O₃/TiO₂复合膜上掺杂金属离子来提高复合膜的光催化性能,并用制备的Al₂O₃/TiO₂/M 复合膜光催化降解次甲基蓝。     

焙烧温度对TiO2成型载体性能的影响

以偏钛酸为原料,采用挤条成型的方法制备TiO₂成型载体。考察焙烧温度对TiO₂成型载体抗压强度、比表面积、孔容、孔径分布和晶相结构等的影响,采用XRD、BET、TG-DSC和SEM等手段对载体进行表征,并采用浸渍法制备了用于粗对苯二甲酸加氢精制的Pd/TiO₂催化剂。结果表明,提高焙烧温度有利于提高成型载体的侧压强度,但会使成型载体的比表面积和孔容降低,孔径分布向大孔方向位移。焙烧温度超过800 ℃,锐钛型TiO₂成型载体的晶型结构发生相变,逐步转变成金红石型。600 ℃制备的TiO₂成型载体的侧压强度在110 N·cm^－1以上,比表面积达60 m²·g^－1。并用TiO₂成型载体制备了质量分数0.5%Pd/TiO₂催化剂,用于对苯二甲酸加氢精制过程,4-CBA转化率达99%以上,为对苯二甲酸加氢精制催化剂研究提供了新的载体。酸     

MoP/TiO2-ZrO2催化剂制备及加氢脱氮性能考察

采用溶胶-凝胶法制备了TiO₂-ZrO₂复合载体,并用共浸渍法制备负载型MoP/TiO₂-ZrO₂催化剂,通过原位还原技术对催化剂进行还原处理后,在连续固定床反应器上进行活性评价。结果表明, TiO₂和ZrO₂物质的量比以及Mo负载量对催化剂活性有较大影响,当n(Ti)∶n(Zr)=4∶1和Mo负载质量分数为20%时,MoP/TiO₂-ZrO₂催化剂的加氢脱氮效果最好,并且TiO₂-ZrO₂复合载体比TiO₂-Al₂O₃复合载体的活性提高12.4个百分点。     

催化氧化法分解邻二氯苯

通过实验室研究邻二氯苯在TiO₂-V₂O₅-WO₃等催化剂上氧化分解的特性，筛选出一种合适的催化剂，用于分解脱除垃圾焚烧废气中的二恶英。实验表明，在温度为300 ℃和气体空速为7000 h^－1的反应条件下，邻二氯苯在TiO₂-V₂O₅-WO₃催化剂上的分解率大于90%。