Fe掺杂锐钛矿型TiO_2光催化剂第一性原理研究

采用了基于密度泛函理论的分子模拟软件Materials Studio的Dmol~3计算模块,对铁(Fe)掺杂锐钛矿型TiO_2光催化剂的超晶胞体系进行了几何结构优化.模拟计算过程中,使用广义梯度近似的方法处理交换关联能,得到了TiO_2在掺杂Fe前后的能带结构和电子态密度的变化状况,为光催化剂的选择与制备提供了理论依据.     

印迹型TiO_2光催化剂的制备及性能研究

以钛酸四正丁酯作为钛源和功能单体,对羟基苯甲酸乙酯作为模板分子制备出了印迹型二氧化钛光催化剂。X射线衍射结果表明,该催化剂为锐钛矿相和金红石相混晶。光催化降解实验表明,在功能单体与模板分子摩尔比为5∶1,煅烧温度和时间分别为550℃和2h时,该光催化剂具有最佳的催化活性;经过12h光催化降解反应,其对目标分子对羟基苯甲酸乙酯的降解率可达90%,是非印迹型光催化剂的2.1倍。     

反相微乳液法制备负载型TiO_2光催化剂

以TiCl4为原料、粉煤灰微珠为载体,采用反相微乳液法制备了负载型TiO2光催化剂,讨论了负载对TiO2光催化剂的性能的影响。用热分析仪（DSC-TGA）测定了前躯体的热解行为,通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱仪（FTIR）对催化剂的物相、形貌及特征官能团进行表征,并用可见分光光度计测定甲基橙的降解率。结果表明：焙烧温度为550℃时,负载型TiO2光催化剂为锐钛矿与金红石混合型,且微珠表面形成一层连续、均匀的薄膜。甲基橙催化降解实验表明：负载型TiO2催化剂对甲基橙的降解率在90min内达到49%,明显高于未负载型光催化剂。     

多元掺杂负载型TiO_2光催化剂的制备与性能

为了提高TiO2光催化剂日光催化性能及解决催化剂回收问题,采用微乳液法制备了La3＋、Fe3＋、Co2＋、Ce4＋共掺杂TiO2/粉煤灰微珠光催化剂,用紫外-可见分光光度计测定了光催化剂的可见光吸收性能,用能谱仪（EDS）分析了催化剂的元素含量,以甲基橙为模型污染物考察了催化剂的光催化性能。实验结果表明：掺杂复合粒子在可见光区吸光性能均高于TiO2/漂珠;且多元素掺杂有协同作用,催化剂的吸收边带红移更多,对可见光的吸收也更强。日光照射下（Co2＋,Fe3＋,Ce4＋）三元共掺杂催化剂的活性≈（La3＋,Ce4＋）二元共掺杂催化剂的活性〉Fe3＋、La3＋单掺杂催化剂的活性。     

溶胶-凝胶法制备TiO_2/MCM-41负载型光催化剂及其性能表征

以钛酸丁酯为钛源、MCM-41分子筛为载体,采用溶胶-凝胶法制备TiO2/MCM-41负载型光催化剂,并通过XRD、BET、TEM、XPS对最佳条件下制备的光催化剂进行表征。结果表明,所制光催化剂是一种具有均匀规则孔道结构的介孔材料,其粉体比表面积高达358.8m2/g;经700℃煅烧,催化剂主要晶相为锐钛矿相。光催化剂中的Ti以＋4价存在,TiO2表面羟基氧所占比率为38.0%。以水中甲基橙为模拟污染物,TiO2/MCM-41光催化剂对浓度为25mg/L的甲基橙溶液降解0.5h后,其脱色率为93.7%。     

水蒸气-水解法制备TiO_2光催化剂的研究

采用水蒸气-水解法制备比表面积高、具有中孔分布的锐钛型二氧化钛粉末,并用X射线衍射、比表面仪、扫描电镜等方法进行表征.以染料ZBF降解为模型反应,对其催化性能进行评价.实验结果表明:利用该方法能很容易地生成具有中孔分布的锐钛型二氧化钛,反应过程中的溶剂可完全回收.比表面积为90～130 m2/g、孔径约为49 nm的锐钛型二氧化钛粉体,对质量浓度为20mg/L ZBF染料在60 min内降解率超过95%.     

p-n异质结TiO_2/NiO光催化剂的制备及其性能研究

采用溶胶凝胶和浸渍煅烧相结合的方法,制备出了具有p-n异质结结构的球形二氧化钛表面负载氧化镍颗粒的复合光催化剂.利用XRD、TEM、UV-Vis和PL等方法对催化剂的晶相组成、微观结构、吸光性能和光致发光性能等进行了表征.结果表明氧化镍晶粒与二氧化钛晶粒紧密接触形成p-n异质结.氧化镍颗粒的负载使复合光催化剂的吸收带边发生了明显的红移,并进入了可见光区.形成的p-n异质结促进了二氧化钛光生电子和空穴的分离,从而降低了其本征发光光强度.通过在可见光条件下对亚甲基蓝的降解研究了其光催化性能,结果表明,氧化镍颗粒的负载使二氧化钛的光催化效果在可见光区有了显著地提高,并在一定范围内随着氧化镍含量的增加光催化效果也随之提高.     

多级孔结构TiO_2微球光催化剂的制备及其性能研究

采用模板-超声-水热过程,制备出了性能良好的多级结构TiO2微球。该过程的最佳工艺条件为:乙醇中水浓度为10%(V/V)n,(H2O)/n(Ti)≈5,n(Ti)/n(P123)≈46,超声作用时间为90 min,水热定型处理后煅烧温度约为400℃。采用场发射扫描电镜(FESEM)、N2吸附仪和X射线衍射仪(XRD)对制备的TiO2微球样品进行了表征,表明该光催化材料主要为具有多级结构的TiO2微球,其比表面积达185 m2/g,晶相中锐钛型/金红石≈7∶3。样品的实际光催化效率是商业化P25催化剂的3.5倍以上,在实际废水处理领域具有较好应用前景。     

溶剂热法制备纳米TiO_2可见光光催化剂

采用溶剂热法合成可见光催化效果良好的纳米TiO_2,并对制备过程中滴样速率、溶质比、反应温度3个影响因素进行优化得出最佳条件,利用XRD、拉曼光谱、动态光散射、紫外-可见光谱、红外光谱等技术对其晶型和粒径进行表征测试.结果表明:制备的纳米TiO_2的最优化条件为:滴加速度0.5 mL/min,溶质比1∶3,反应温度160℃;制备的纳米TiO_2为具有良好结晶度的锐钛型晶体,其粒径为15 nm左右,且分布均匀,具有良好的光催化效果.本方法制备的纳米TiO_2在复杂可见光光响应器件、可见光光降解有机污染物等方面具有一定的应用前景.     

Sol-Gel法制备负载型纳米TiO_2及其光催化性能的研究

采用溶胶 -凝胶法制备了纳米 Ti O2 ,并以毫米级硅胶粒和微米级硅胶粒为载体 ,采用浸涂法制备出负载纳米 Ti O2 膜的硅胶微球光催化剂。并以活性红 X- 3B,活性紫 X-2 R,红 K- 2 BP等有机染料混合溶液为降解对象 ,研究了该催化剂的光催化性能。     

TiO_2/ZnO纳米光催化剂的制备及性能研究

通过二步法(阳极氧化法和水热法)得到结构规则、有序核-壳结构的TiO2/ZnO纳米复合材料,并利用SEM、UV-vis、TEM等方法对所制备的纳米复合材料进行了表征。以甲基橙为目标降解物,自然光为光源,研究了TiO2/ZnO纳米光催化剂的光催化活性。结果表明,TiO2/ZnO复合光催化剂能提高对太阳光的利用率,发现在降解液pH值为3、太阳光催化降解5 h时,催化剂的降解效果最好,降解率达90%。     

N掺杂锐钛矿结构TiO_2光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法,以钛酸四丁酯和氨水为前驱体,制备了不同掺N量的锐钛矿结构Ti O2粉末.通过X线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等分析手段对样品进行表征,并在高压汞灯以及室内自然光下,进行了样品对甲基橙溶液的光催化降解实验.结果显示:钛酸四丁酯与浓氨水体积比为V[Ti(OC4H9)4]∶V(NH4OH)=4∶1时,样品具有较优异的光催化性能,并且在室内自然光下也具有较强的催化活性.     

锐钛矿型TiO_2的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算了锐钛矿型TiO2的能带结构、态密度和光学性质。分析了锐钛矿型TiO2的复介电常数、复折射率、吸收系数、反射率和损失函数,计算结果与其他文献结果吻合较好。通过对比发现,由于锐钛矿型TiO2晶体结构的对称性,在(100)和(001)方向上具有明显的光学各向异性。     

锐钛矿TiO_2-Ag纳米纤维的可控制备及光催化性能研究

制备TiO2高效光催化试剂近年来备受关注.利用静电纺丝技术成功获得了尺寸均一的TiO2纳米纤维,在此基础上,以硝酸银(AgNO3)为掺杂剂,合成了TiO2-Ag复合纳米纤维.采用扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射(XRD)对该复合材料进行了表征.结果显示,产物为锐钛矿TiO2-Ag复合纳米纤维,且纤维分散性好、长径比大.随后以亚甲基蓝为降解对象,研究了该复合材料的光催化活性,探讨了Ag掺杂量对TiO2光催化效果的影响.结果表明:TiO2-Ag复合纳米纤维具有良好的光催化活性,且掺杂0.8wt%Ag的TiO2-Ag复合纳米纤维对亚甲基蓝的降解效率最高.     

负载TiO_2光催化剂的制备表征及其降解效果

为解决传统纳米光催化剂不易分离和一般载体的比表面积较小、悬浮性差的问题,将纳米TiO2负载在不耐高温的聚丙烯多面球上,用偶联剂法制备了负载型TiO2光催化剂,并与溶胶-凝胶法制备的负载型TiO2光催化剂降解酸性红B染料溶液的效果进行比较,利用XRD和N2吸附法表征了催化剂表面结构性质.结果表明,偶联剂法制备的TiO2薄膜晶相单一,均为纳米锐钛矿,其晶粒度较小,比溶胶凝胶法制备的TiO2薄膜光催化活性高,降解效果优于溶胶-凝胶法.试验钛酸酯偶联剂用乙醇溶剂按体积比1∶1进行稀释,最佳TiO2投加质量比为2.5%~5%,且随着光照强度的增加,光催化反应速率提高.发现光催化氧化法处理酸性红B溶液的效果优于直接光解法;在连续使用7次以后,负载TiO2光催化剂的活性基本不变,可重复使用.     

碳纳米管负载TiO_2光催化剂制备与活性研究

采用表面溶胶-凝胶法制备碳纳米管负载TiO2光催化剂,通过改变负载次数制备不同TiO2负载量的光催化剂.采用XRD,SEM,BET以及TG-DSC对该催化剂进行了表征.采用结晶紫光催化降解,研究碳纳米管负载二氧化钛的光催化活性.光催化测试结果表明,该碳纳米管负载TiO2光催化剂在紫外光照射下具有比TiO2(P25)光催化剂更优越的光催化降解结晶紫的活性.     

凹凸棒土负载TiO_2光催化剂的制备、表征和性能研究

为考察光催化技术对染料废水的降解作用,选择新的催化剂载体-微米凹凸棒土,采用溶胶-凝胶法制备TiO2/凹凸棒土光催化剂.X-射线衍射谱图显示,产品表面的衍射峰与TiO2的特征峰相吻合.能量色散谱图显示,包覆后凹凸棒土原有的Al、Mg、Fe、K、Si的谱峰已消失或减弱,而以Ti、O的谱峰为主,表明其表面包覆良好.在光化学反应器中,以紫外灯为光源,亚甲基蓝为模拟底物,研究了TiO2/凹凸棒土的光催化性能.实验制得的TiO2/凹凸棒土催化剂对亚甲基蓝的脱色率受pH值、催化剂用量、亚甲基蓝初始浓度等因素的影响.在选定的实验条件下,在30 min之内,TiO2/凹凸棒土对亚甲基蓝的脱色率达到90%以上.与单独用TiO2处理的效果相比,负载型催化剂对染料底物的脱色率提高了1倍以上.     

氧空位型褐色TiO_2的制备及其光催化性能研究

采用一步凝胶煅烧法制备出了含氧空位的褐色二氧化钛,采用XRD、TEM、紫外可见漫反射吸收光谱、傅里叶红外吸收光谱、X射线光电子能谱对其进行了表征。光催化结果显示,300℃制备的褐色TiO2的可见光催化活性高于500℃制备的白色TiO2及商业P25,20min内将8mg/L结晶紫水溶液完全降解,80min将16mg/L结晶紫水溶液完全降解。其优越的可见光催化活性归因于表面的无定形TiO2和较高的氧空位含量。     

氮掺杂锐钛矿TiO2光催化剂的制备和表征

采用氨气氮化工艺制备了氮掺杂的TiO2光催化剂，研究了氮化温度对光催化性能的影响。研究表明，在TiO2中加入5%的SiO2能够有效阻止TiO2在NH3中热处理时可能发生的锐钛矿相向金红石相的转变，并减缓比表面积降低；氮化后的TiO2样品中N置换TiO2晶格中的O原子形成O—Ti—N键，在TiO2的禁带中形成了氮掺杂能级，从而使TiO2的吸收边发生红移。在700℃的氨气流中氮化处理后的5%SiO2/TiO2样品，N元素含量为0.28%，能够吸收550 nm以下的可见光，比表面积为129 m^2/g，全为锐钛矿型TiO2，表现出最佳可见光光催化性能。     

TiO2／钛酸钾晶须光催化剂的制备及其性能研究

为考察光催化技术对有机污染物的降解作用,选择了一种新的催化剂载体,采用溶胶-凝胶法制备了TiO2/钛酸钾晶须光催化剂.通过X-射线衍射、扫描电镜对产品进行了表征.EDS图谱显示,钛酸钾晶须的能谱峰以Ti,O,K为主,而包覆后则以Ti,O为主,K的谱峰已消失,说明晶须表面已被包覆上TiO2.XRD图谱中出现了与锐钛型TiO2的特征峰相吻合的衍射峰.在光化学反应器中,以中压汞灯为光源,罗丹明B为底物,研究了TiO2/钛酸钾的光催化性能.TiO2/钛酸钾催化剂对罗丹明B的脱色作用受pH值、光照强度、反应温度、曝气量、催化剂用量等因素的影响.当罗丹明B 质量浓度为8 mg/L时,加入0.01 g/L的TiO2/钛酸钾,在160 min之内,TiO2/钛酸钾对罗丹明B的脱色率达到95%以上,比TiO2单独处理提高了0.50～1.91倍.